Lernziele
Wenn Sie diese Seite durchgearbeitet haben, sollten Sie wissen
- wie die Grundgleichung der Photosynthese aussieht,
- dass die Photosynthese im Grunde die Reduktion von Kohlendioxid zu Glucose ist,
- dass der Kohlenstoff bei dieser Reduktion Wasserstoff aufnimmt.
Grundgleichung der Photosynthese
Unter Photosynthese versteht man die Umsetzung von Kohlendioxid CO2 und Wasser H2O zu Glucose C6H12O6 und Sauerstoff O2 mit Hilfe von Sonnenlicht und unter Mitwirkung von Chlorophyll (Blattgrün).
Die Grundgleichung der Photosynthese lautet:
Sechs Moleküle Wasser reagieren mit sechs Molekülen Kohlendioxid zu einem Molekül Glucose (Traubenzucker) und sechs Molekülen Sauerstoff.
Für Experten:
Neben dieser oft schon aus der Sekundarstufe I bekannten Grundgleichung gibt es eine alternative Grundgleichung der Photosynthese, bei der auf der linken Seite 12 Wasser-Moleküle und auf der rechten Seite 6 Wasser-Moleküle stehen. Damit soll zum Ausdruck gebracht werden, dass einerseits 12 Wasser-Moleküle in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden, andererseits sechs neue Wasser-Moleküle bei der Synthese der Glucose entstehen.
Photosynthese = Reduktion von Kohlendioxid
Chemisch gesehen handelt es sich bei dieser Reaktion um die Reduktion des aufgenommenen Kohlendioxids durch Übertragung von Wasserstoff.
Chemie-Nachhilfe:
Reduktion kann sein:
- Die Abgabe von Sauerstoff
- Die Aufnahme von Wasserstoff
- Die Aufnahme von Elektronen
Der Kohlenstoff im KohlendixoidCO2 verbindet sich rein rechnerisch mit zwei H-Atomen und gibt ein O-Atom ab. Es findet quasi eine doppelte Reduktion statt: einerseits durch Aufnahme von Wasserstoff (2 H), andererseits durch Abgabe von Sauerstoff (O, eigentlich 1/2 O2).
Durch diese Reduktion entsteht die Grundeinheit der Kohlenhydrate CH2O. Sechs dieser Einheiten bilden ein Glucose-Molekül C6H12O6. Der Begriff "Kohlenhydrat" leitet sich von dieser Grundeinheit ab: Kohlenstoff verbunden mit Hydrat (Wasser).
Für Chemie-Experten
Wir wollen jetzt einmal die Oxidationszahl des C-Atoms im CO2 und in der Grundeinheit der Glucose bestimmen. Im CO2 müssen wir alle Elektronen des C-Atoms den beiden O-Atomen zuschlagen (höhere Elektronegativität), das C-Atom erhält damit formal 0 Elektronen und so die Oxidationszahl +IV.
Im CH2O besitzt das C-Atom formal vier Elektronen: Die vier Elektronen der C=O-Bindung werden dem O-Atom zugerechnet, die vier Elektronen der beiden C-H-Bindungen dem C-Atom (Kohlenstoff hat eine größere Elektronegativität als Wasserstoff). Die Oxidationszahl des C-Atoms wäre hier also 0.
Beim Übergang vom CO2 zum CH2O ändert sich also die Oxidationszahl von +IV auf 0, also um vier Stufen. Formal (Reduktion = Aufnahme von Elektronen) nimmt das C-Atom bei der Photosynthese also vier Elektronen auf.
Die Herkunft des Sauerstoffs
Eine interessante Frage ist die Herkunft des Sauerstoffs bei der Photosynthese. Ganz am Anfang der Photosynthese-Forschung nahm man nämlich an, dass der freigesetzte Sauerstoff auf dem aufgenommenen Kohlendioxid kommt. Heute weiß man, dass das nicht so ist, vielmehr entstammt der Sauerstoff dem aufgenommenen Wasser. Mit Hilfe des Sonnenlichtes werden die Wasser-Moleküle gespalten. Der so gewonnene Wasserstoff wird auf Coenzyme übertragen, die dann mit dem Kohlendioxid reagieren, und der Sauerstoff bleibt als "Abfallstoff" übrig.
Die Lichtreaktion im Detail
Auf den folgenden Seiten werden wir uns im Detail mit der sogenannten lichtabhängigen Reaktion oder kurz der Lichtreaktion beschäftigen.
Dieser erste Abschnitt der Photosynthese heißt "Lichtreaktion", weil er nur im Licht stattfinden kann. Der zweite Abschnitt der Photosynthese ist nicht mehr abhängig vom Licht, er wird daher auch als "lichtunabhängige Reaktion" oder einfach "Dunkelreaktion" bezeichnet. Der letzte Begriff ist aber nicht so schön, weil er den Eindruck erweckt, dass er nur im Dunklen abläuft, was ja aber nicht der Fall ist. Die "Dunkelreaktion" kann selbstverständlich auch im Licht ablaufen.
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