Продукты фотосинтетических реакций. Кислород

Все живое на Земле зависит от фотосинтеза – либо непосредственно, либо, как в случае с животными, косвенно. Фотосинтез делает энергию и углерод доступными для живых организмов и обеспечивает выделение кислорода в атмосферу, что необходимо для всех аэробных форм жизни. А человечество зависит от фотосинтеза еще и потому, что оно использует ископаемое энергетическое топливо, которое образовалось за многие миллионы лет.

Процесс фотосинтеза обычно описывают уравнением

СО₂ + Н₂О [СН₂О] + О₂

Такого соединения, как СН₂О, не существует, но эта формула отражает состав углеводов.

В опытах с мечеными атомами было установлено, что источником кислорода в данной реакции служит вода: из каждой молекулы воды выделяется один атом кислорода. В сбалансированном виде уравнение должно выглядеть так:

СО₂ + 2 Н₂¹⁸О [СН₂О] + ¹⁸О₂ + Н₂О

Это самое точное итоговое уравнение фотосинтеза; к тому же из него дополнительно вытекает, что вода в процессе фотосинтеза не только используется, но и образуется.

Всем фотосинтезирующим организмам необходим источник водорода; у растений – это вода: водород получается путем расщепления воды на кислород и водород. Для этого расщепления нужна энергия, которую и дает свет. Кислород выделяется как ненужный побочный продукт. Образующийся водород взаимодействует с СО₂, и образуется углевод.

Способность использовать свет как источник энергии, необходимой для роста, присуща некоторым группам бактерий. Пурпурные и зеленые бактерии можно рассматривать как реликтовые организмы, дошедшие до нас из времен начальной эволюции фотосинтеза. Они не в состоянии использовать в качестве донора водорода воду; им требуются доноры с более высокой степенью восстановления (сероводород Н₂S, водород или органические вещества):

СО₂ + 2 Н₂S [СН₂О] + 2S + Н₂О

Фотосинтез у этих бактерий протекает без выделения кислорода. Во время окисления Н₂S в их клетках в качестве промежуточного продукта откладывается сера.

Цель работы: ознакомиться с процессом выделения кислорода при фотосинтезе.

Оборудование и реактивы: пробирка, стеклянная воронка, стакан 0,4 л, лампа настольная; гидрокарбонат натрия, деревянная лучинка, пластилин.