5. Фотосинтез та його роль в с.-г.

Фотоси́нтез — процес синтезу органічних сполук з вуглекислого газу та води з використанням енергії світла й за участю фотосинтетичних пігментів: (хлорофіл у рослин, хлорофіл, бактеріохлорофіл і бактеріородопсин у бактерій), часто з виділенням кисню як побічного продукту. Це надзвичайно складний процес, що включає довгу послідовність координованих біохімічних реакцій. Він відбувається у вищих рослинах, водоростях, багатьох бактеріях, деяких археях і найпростіших — організмах, відомих разом як фототрофи. Сам процес відіграє важливу роль у кругообігу вуглецю у природі.

В ході світлової стадії фотосинтезу утворюються високоенергетичні продукти: аденозинтрифосфат, що служить в клітині джерелом енергії, і НАДФН, що використовується як відновник. Як побічний продукт виділяється кисень.

Хлорофіл виконує дві функції: поглинання і передачу енергії.

Фотосинтез є основним джерелом біологічної енергії, фотосинтезуючі автотрофи використовують її для утворення органічних речовин з неорганічних, гетеротрофи існують за рахунок енергії хімічних зв'язків, запасеної автотрофами, вивільняючи її в процесах аеробного та анаеробного дихання. Енергія, отримувана людством при спалюванні викопного палива (вугілля, нафта, природний газ, торф), також є запасеною в процесі фотосинтезу.

Фотосинтез є головним методом залучення неорганічного вуглецю в біологічний цикл. Весь кисень атмосфери біогенного походження і є побічним продуктом фотосинтезу. Формування окиснювальної атмосфери повністю змінило стан земної поверхні, зробило можливою появу дихання, а надалі, після утворення озонового шару, дозволило життю вийти на сушу.

Ядерні сили.

Як уже зазначалось, в атомне ядро входить Z протонів і А - Z. нейтронів. Незважаючи на те, що між протонами діють сили кулонівського відштовхування, атомні ядра являють собою досить стійкі системи. Це вказує на наявність в ядрах атомів специфічних сил притягання, які на­зивають ядерними силами. Ядерні сили не можуть бути зведені ні до кулонівських, ні до магнітних, ні до гравітаційних сил. Незважаючи на значні успіхи в розвитку ядерної фізики, природа ядерних сил в наш час недостатньо вивчена. Тому однією з центральних проблем ядерної фізики є з'ясування природи ядерних сил. Залежність потенціальної енергії ядерних сил притягання від відстані r також точно невідома, оскільки невідомий закон дії ядерних сил.

Незважаючи на те, що теорія ядерних сил досі недостатньо розроб­лена, основні властивості ядерних сил досить добре вивчені експериментально. Розглянемо основні властивості цих сил:

1. Ядерні сили досить значні, тому таку взаємодію називають сильною. Як уже зазначалось, питома енергія зв'язку в ядрі досягає 7-8,5 МеВ. Сили взаємодії ядра з електронами шарів атома зумовлюють енергію зв'язку від десятків до тисяч електрон-вольт, а сили зв'язку між атома­ми в молекулах зумовлюють енергію зв'язку в кілька електрон-вольт.

2. На відміну від електромагнітних і гравітаційних ядерні сили є ко­роткодіючими. Вони різко зменшуються із збільшенням відстані між нуклонами. Якщо ці відстані дещо перевищують розміри ядер, тобто коли r >10^-14 м, ядерні сили практично дорівнюють нулю.

3. Ядерним силам властиве насичення. Це означає, що на кожен ну­клон у ядрі діє обмежена кількість сусідніх нуклонів. Властивість насичення ядерних сил приводить до важливого висновку, що взаємодія між нуклонами не зво­диться тільки до сил притягання. На відстанях між нуклонами r <0,5·10^-15 м притягання між ними переходить у відштовхування. У разі відсутності в ядрі сил відштовхування між нуклонами ядра повинні б колапсувати, тобто стискатись у точку.

4. Ядерні сили мають властивість зарядової незалежності, тобто ве­личина ядерних сил не залежить від електричного заряду взаємодіючих нуклонів. Ядерні взаємодії між двома протонами або між двома нейтро­нами, або між протоном і нейтроном однакові. Зауважимо, що тут мова йде тільки про ядерні взаємодії. Протони, крім притягання між собою ядерними силами, зазнають також електростатичного відштовхування один від одного.

5. Величина ядерної взаємодії між нуклонами залежить від взаємної орієнтації спін і в взаємодіючих нуклонів. Так, взаємодія між нейтроном і протоном при паралельних спінах відрізняється від взаємодії при антипаралельній орієнтації.

6. Величина ядерних сил також залежить від взаємної орієнтації спіна та орбітального моменту кожного нуклона, тобто ядерні сили ма­ють спін-орбітальний характер.

Дефект маси. Енергія зв’язку.

При порівнянні суми мас спокою нуклонів, які утворюють ядро, з масою ядра виявилось, що для всіх хімічних елементів справджується нерівність

де - маса протона; - маса нейтрона; - маса ядра. Величину , що виражає різницю між масою нуклонів, які утворюють ядро, і масою ядра, називають дефектом маси ядра

Важливі відомості про властивості ядра можна одержати, не вдаю­чись до деталей взаємодії між нуклонами ядра, на основі закону збереження енергії та закону пропорційності маси й енергії. Оскільки у разі будь-якої зміни маси відбувається відповідна зміна енергії , то при утворенні ядра виділяється певна кількість енергії. За законом збереження енергії така сама кількість енергії не­обхідна, щоб розділити ядро на складові частинки, тобто віддалити ну­клони один від одного на такі відстані, за яких відсутня взаємодія між ними. Цю енергію називають енергією зв'язку ядра.

Якщо ядро містить Z протонів і має масове число А, то енергія зв'язку дорівнює:

(1)

Зазначимо, що формулою (1) не зовсім зручно користуватись, оскільки в таблицях наводяться не маси ядер, а величини, які виражають маси нейтральних атомів. Тому для зручності обчислень формулу (1) доцільно перетворити так, щоб до неї входили маси атомів, а не ядер. З цією метою у праву частину формули (1) додамо і віднімемо масу Z електронів (). Тоді

де -маса атома водню;т_а - маса атома з порядковим номером Z І

масовим числом А.