Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Школьники-биология, ответы: Биология: Биологическая нанобатарейка

Реакции 1-4

ответ 1.

Суммарное уравнение химических реакций, протекающих при фотосинтезе: (1)

Разные организмы используют в качестве источника водорода разные вещества – это может быть не только вода, как у растений, но и сероводород, лактаты и другие соединения. Таким образом, уравнение фотосинтеза можно записать следующим образом: (2)

(где H2X – донор водорода, а Х – окисленная форма этого вещества, например, вода - кислород, изопропанол - ацетон).

2 балла

Ответ 2. Если мы их видим зелеными, значит они поглощают свет, дополнительный к зеленому, то есть красный. Диапазон длин волн поглощаемого света примерно 600-750 нм.

1 балл

Ответ 2а. Энергия моля квантов (Эйнштейна) красной части спектра составляет около 40 ккал/моль (из справочника) или поскольку 1 Джоуль = 0,24 калори, то примерно 179 кДж/моль

Расчеты:

1) по формуле Эйнштейна

E = ħν

где ħ = 6,63 × 10-34 м2 кг / с постоянная Планка

ν = частота излучения, которая связана с длиной волны через скорость света по формуле

λ = с/ν,

следовательно

Е = 6,63×10-34 Дж×с × 300 000 000 м/с × 6,02 × 1023 1/моль / 700×10-9 м

или примерно 170 кДж/моль

Можно просуммировать энергию из двух диапазонов поглощения хлорофилла, 380-500 и 600-750 нм, тогда получится примерно (с учетом 50% из одного диапазона и 50% из другого диапазона) 280 кДж/моль.

3 балла

Ответ 3. Проблемой, с которой сталкиваются проводящие оксигенный фотосинтез организмы, является различие окислительно-восстановительных потенциалов окисления воды (для полуреакции H2O → O2 E0=+0,82 В) и восстановления CO2 до сахаров (E0=-0,32 В). Хлорофилл при этом должен иметь в основном состоянии потенциал больший +0,82 В чтобы окислять воду, но при этом иметь в возбуждённом состоянии потенциал меньший, чем −0,32 В, чтобы восстанавливать CO2. Одна молекула хлорофилла не может отвечать обоим требованиям. Поэтому сформировалось две фотосистемы и для полного проведения процесса необходимо два кванта света и два хлорофилла разных типов.

3 балла

ответ 4. Суммарное уравнение фотосинтеза выражается как: (3)

для фотосинтеза, идущего в соответствии с приведённым уравнением, было бы достаточно поглощения энергии 3 квантов на выделение молекулы O2, поскольку, как мы посчитали в ответе на вопрос 2, энергия 1 моля квантов составляет 40 ккал/моль. Однако в окислительно-восстановительной реакции от воды должны быть перенесены 4 электрона: (4)

Логично, что 1 квант света может вызвать перенос не более чем одного электрона. С учетом того, что максимальная эффективность преобразования энергии красного света составляет около 30-50%, то квантовый расход при оптимальных условиях составляет 8–12 квантов на молекулу O2.

2 балла

Ответ5.

Поскольку идет перенос от больших энергий к меньшим, то, следовательно, длина волны в максимуме поглощения должна меняться от меньшей к большей (так как E = ħc/λ, то есть энергия и длина волны обратно пропорциональны), поэтому первый г)Chl520 затем б)Chl570, потом в)Chl620 и уже последний собственно хлорофилл реакционного центра а)Chl680

3 балла

Ответ 6.Поскольку в результате разделения зарядов в батарейке находится только одна пара электрон-дырка, то общий заряд равен заряду одного электрона, или 1,6·10−19 Кл, заряд q1 на расстоянии r от себя создает, в среде с диэлектрической проницаемостью e, электрическое поле с потенциалом
j = q1/er

и взаимодействует с находящимся на этом расстоянии зарядом q2 с энергией (то есть с разностью потенциалов)

U = jq2 = q1q2 /er

Или, переходя в систему СИ

U = q1*q2 /e*e0*r

U = 1,6·10−19Кл/(3*8,85·10−12Ф/м*5 10-9м)

поскольку Ф = Кл/В, то

разность потенциалов получается 1,2 В.

4 балла.

 

Прикрепленные файлы:
nanobatarejki.pdf (63.02 Кб.)

 



Исходное задание

Улитка?
Улитка?

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 3)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-3
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.