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.