Каково изменение энтропии во время фотосинтеза и по каким причинам этот процесс может протекать самопроизвольно?

Лиса

38

Фотосинтез - это процесс, в ходе которого растения, используя световую энергию, преобразуют углекислый газ и воду в органические молекулы, такие как глюкоза, освобождая при этом кислород. Изменение энтропии, как и любых других термодинамических параметров, можно рассматривать на уровне молекул.

Во время фотосинтеза изменение энтропии можно определить двумя основными факторами: изменением свободной энергии и изменением молекулярного беспорядка.

Сначала рассмотрим изменение свободной энергии. Величина свободной энергии \(G\) связана с энтропией \(S\) и энтальпией \(H\) следующим образом: \(G = H - TS\), где \(T\) - температура в Кельвинах. При фотосинтезе происходит абсорбция световой энергии, что позволяет растениям синтезировать органические молекулы (увеличивая свободную энергию системы), при этом энтропия уменьшается, так как создаются более упорядоченные молекулы. Тем не менее, в целом процесс фотосинтеза может протекать самопроизвольно, при условии, что изменение свободной энергии системы отрицательно. То есть, энергетический выигрыш, полученный из синтеза органических молекул, компенсирует потерю энтропии системы.

Вторым фактором, влияющим на изменение энтропии во время фотосинтеза, является изменение молекулярного беспорядка. При фотосинтезе молекулы углекислого газа и воды реагируют друг с другом, образуя органические молекулы. Этот процесс ведет к увеличению порядка и более упорядоченной структуре системы. Таким образом, энтропия системы уменьшается.

Однако, необходимо отметить, что процесс фотосинтеза осуществляется благодаря наличию определенных ферментов и фотосинтетических пигментов, таких как хлорофилл. Эти компоненты обеспечивают перенос энергии и преобразование световой энергии в химическую форму. Это дополнительно облегчает протекание фотосинтеза.

В итоге, изменение энтропии во время фотосинтеза является результатом комплексного взаимодействия изменения свободной энергии и молекулярного беспорядка. При благоприятных условиях, изменение энтропии может быть отрицательным, то есть процесс фотосинтеза может протекать самопроизвольно, так как система получает выгоду от синтеза органических молекул, даже при уменьшении энтропии.