2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
Sunčeva svjetlost je primarni izvor sve energije koja održava biosferu naše planete. Kroz fotosintezu, biljke, alge i neke vrste bakterija pretvaraju fizičku energiju iz sunčeve svjetlosti u hemijsku energiju i ovaj proces je neophodan za održavanje svih oblika života koji ovdje postoje.
Fotosinteza se može definisati kao fizički/hemijski proces kojim fotosintetski organizmi sintetišu organska jedinjenja iz neorganskih sirovina u prisustvu sunčeve svetlosti.
Proces fotosinteze biljaka odvija se u hloroplastima i rezultira oslobađanjem molekularnog kisika i hvatanjem ugljičnog dioksida iz atmosfere, koji se koristi za sintezu ugljikohidrata, kao što vidimo na slici ispod
Slika 1. Pojednostavljeni dijagram procesa fotosinteze
Fotosinteza se može predstaviti sljedećom empirijskom jednačinom:
CO2 + H2O + Svetlosna energija=====> [CH2O] + O2 + H2O
gde [CH2O] predstavlja ugljene hidrate (šećere). Sinteza ugljikohidrata iz ugljičnog dioksida i vode zahtijeva veliki unos energije. Slobodna energija za redukciju jednog mola CO2 na nivo glukoze je 478 kJ mol-1.
Fotosinteza je vrlo složen proces koji uključuje mnoge fizičke reakcije iHemikalije koje se koordinirano javljaju u sistemima proteina, pigmenata i drugih spojeva povezanih s membranama. Općenito, fotosintetski proces se analizira u dvije međusobno zavisne i simultane faze.
1 – Fotohemijska faza, ranije nazvana "jasna faza" i
2 – Hemijska faza, poznata i kao fotosintetski ciklus koji redukuje ugljik, ranije nazvan “tamna faza”
Svjetlost, primarni izvor energije u fotosintezi, dio je elektromagnetnog zračenja koje je vidljivo ljudskom oku. "Vidljiva svjetlost" ima talasne dužine u rasponu od ljubičaste na oko 380 nm do crvene na 700 nm. Taj dio spektra elektromagnetnog zračenja naziva se i aktivno fotosintetičko zračenje, što vidimo na slici ispod
Slika 3. Spektar zračenja aktivne fotosinteze
Godine 1900. Planck je objavio kvantnu teoriju, koja kaže da se elektromagnetno zračenje emituje ili apsorbuje u diskretnim "jedinicama" energije koje se nazivaju kvanti. Matematički se energija kvanta zračenja može izraziti sa E=hv, gdje je E energija jednog kvanta zračenja v je frekvencija zračenje (frekvencija i broj talasa koji se prenose u jedinici vremena) i h je Plankova konstanta (6.625 x 10-34J.s). Frekvencija v je jednaka c/ λ, gdje je c brzina svjetlosti (3 x 108 m. s-1) i λ je talasna dužina.
Svjetlosna energija ima talasnu i posebnu prirodu. Svetlost se prenosi u talasima ili se apsorbuje i/ili emituje u česticama zvanim "fotoni" sa energijom obrnuto proporcionalnom talasnoj dužini.
Dakle, fotoni kratke talasne dužine plave svetlosti su energičniji od fotona duže talasne dužine crvene svetlosti. Da bi se fotosinteza dogodila, fotosintetski pigmenti (hlorofili) moraju apsorbirati energiju fotona date talasne dužine i zatim iskoristiti tu energiju za pokretanje lanca događaja u fotohemijskoj fazi fotosinteze.
Prema Ajnštajnovom zakonu fotohemijske ekvivalencije, molekul teško da će reagovati nakon što je apsorbovao energiju fotona (h v). Shodno tome, jedan mol hlorofila mora da apsorbuje 6,024 x 1023 (N) fotona energije, odnosno, Nh v da bi započeo reakciju. Jedan mol crvenog svjetla na 700 nm sadrži 17,10 x 104 J za svaki mol, dok mol plave svjetlosti sadrži 23,93 x 104J.
