Chemistry Labs

Bài 2

Phản ứng Hill bóc tách quá trình quang hợp. (a) Viết phương trình tổng của quang hợp, khử COX2\ce{CO2} thành {CHX2O}\{\ce{CH2O}\}. (b) Hill thấy lạp thể tách rời không giải phóng OX2\ce{O2} dưới ánh sáng kể cả có COX2\ce{CO2}, nhưng lại giải phóng khi thêm kali ferrioxalat KX3[Fe(CX2OX4)X3]\ce{K3[Fe(C2O4)3]} (với oxalat dư) mà không cần COX2\ce{CO2}. Cho biết chất oxi hoá và chất khử trong quang hợp tự nhiên và trong phản ứng Hill. (c) Hill đo OX2\ce{O2} thoát ra bằng hemoglobin (Hb liên kết OX2\ce{O2} tỉ lệ 1:1, [Hb][\text{Hb}] đầu =0.6×10−4= 0.6 \times 10^{-4} mol dm−3^{-3}); ở [FeXIII]=2.0×10−4[\ce{Fe^{III}}] = 2.0 \times 10^{-4} mol dm−3^{-3} phần HbO2_2 bão hoà ở khoảng 75 %. Ước tính tỉ số Fe/OX2\ce{O2}, viết phương trình phản ứng Hill, và tính ΔG\Delta G ở T=298T = 298 K, p(OX2)=1p(\ce{O2}) = 1 mmHg, pH = 8, nồng độ chuẩn các chất khác (E∘E^{\circ}: OX2+4 HX++4 eX−→2 HX2O\ce{O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O} +1.23 V; [Fe(CX2OX4)X3]X3−+eX−→[Fe(CX2OX4)X3]X4−\ce{[Fe(C2O4)3]^{3-} + e- -> [Fe(C2O4)3]^{4-}} +0.05 V). Phản ứng có tự diễn không? (d) Lạp thể tách rời được chiếu 2 h bằng ánh sáng 672 nm công suất 0.503 mJ s−1^{-1}, tạo 47.6 mm3^3 OX2\ce{O2} (10 °C, 740 mmHg). Tính lượng tử cần (số photon trên mỗi electron chuyển). (e) Kết luận: quá trình oxi hoá nước và khử COX2\ce{CO2} có tách biệt không gian? OX2\ce{O2} có sinh từ COX2\ce{CO2}? Oxi hoá nước có cần ánh sáng? Đa số chlorophyll có tham gia trực tiếp? Mỗi photon có chuyển một electron?
Bước 3/5: Năng lượng Gibbs và tính tự diễn
← TrướcTiếp →
E^{\circ} = 0.05 - 1.23 = -1.18\ \text{V};\quad \Delta G = -nF E^{\circ} + RT\ln\!ig(p_{\ce{O2}}[\ce{H+}]^{4}\big) \approx 454 + RT\ln(10^{-3} \times 10^{-32}) \approx +257\ \text{kJ mol}^{-1} > 0
Phân tích

Sức điện động pin là −1.18-1.18 V, cho ΔG∘=−4×96485×(−1.18)=+454\Delta G^{\circ} = -4 \times 96485 \times (-1.18) = +454 kJ mol−1^{-1}; thương số phản ứng Q=pOX2[HX+]4=10−3×10−32=10−35Q = p_{\ce{O2}}[\ce{H+}]^4 = 10^{-3} \times 10^{-32} = 10^{-35} hạ xuống còn ≈+257\approx +257 kJ mol−1^{-1} — vẫn thu năng lượng mạnh, nên phản ứng không tự diễn và cần ánh sáng.