Итог поглощения энергии света

В нормальных условиях для превращения Fe3+ и FeJ+ нужно затратить энергию. Мы будем вводить ее в систему в виде света, поглощаемого раствором хлорного железа. Возбужденный ион трехвалентного железа Fe3+ может превратиться в ион Fe2+, отняв у какой-либо молекулы среды один электрон. Отнять электрон в разбавленном водном растворе можно лишь у иона гидроксила, образующегося при диссоциации воды, который превращается в свободный радикал ОН, а в растворе остается нескомпенсированный положительно заряженный ион водорода Н+.
Свободный радикал ОН очень реакционно способен и может «успокаиваться» наилучшим образом лишь соединившись с другим таким же радикалом, с образованием перекиси водорода.
Перекись водорода относительно стабильна. Однако именно в присутствии солей железа она разлагается на кислород и воду (в организмах эта реакция катализируется ферментом каталазой).
Четыре иона трехвалентного железа поглощают четыре кванта света и разлагают две молекулы воды на четыре протона и молекулу кислорода. (То обстоятельство, что по чисто стехио-метрическим соображениям в реакции должны участвовать четыре иона железа, кажется мне очень примечательным. Эта че-тырехтактность является условием осуществления перекисного промежуточного пути. Вероятно, именно поэтому -каталаза состоит из четырех субъединиц, четырех гемов и четырех полипептидных цепей. И гемоглобин состоит из четырех субъединиц...).
Процесс превращения трехвалентного железа в двухвалентное скоро прекратится вследствие накопления протонов, закислеиия среды. Поэтому условие относительно длительного протекания этой реакции состоит в наличии рН-буферной системы.
При взаимодействии четырех протонов с двумя молекулами карбоната натрия образуются две молекулы углекислого газа, выделяющегося из раствора, две молекулы воды и четыре иона натрия. Но поскольку в растворе присутствуют еще ионы хлора, в итоге получается 4NaCl. Однако при достаточном количестве молекул карбоната натрия углекислый газ не выделяется, а поглощается карбонатом натрия с образованием бикарбоната.
Таким образом, итогом поглощения энергии света и превращения Fe3+ в Fe2+ оказывается накопление бикарбоната натрия, наполнение емкости выбранной нами буферной системы.
Возможности такой системы на этом не исчерпываются. Двухвалентный, двухзарядный ион железа Fe2+ можно превратить обратно в Fe3+. Последний процесс, хотя он осуществляется и самопроизвольно, может идти и при поглощении энергии света, сопряженном с разложением воды. В самом деле, превращение Fe2+ в Fe3+ сводится к отдаче электрона какому-либо подходящему акцептору. В разбавленном водном растворе возбужденный ион двухвалентного железа может отдать электрон даже протону, и тогда образуется свободный радикал Н — атом водорода. Радикал этот, естественно, неустойчив и реагирует с другим таким же радикалом (с образованием молекулы водорода Н2) или с каким-либо иным подходящим реагентом. Напомним, что в нашей системе присутствует кислород (см. процесс); тогда свободный радикал Н вступает в реакцию с кислородом (Н+02-^Нб2); затем образовавшийся Н02 вступит в реакцию с еще одним Н, и мы снова получим Н202. Знаменательно, что перекись водорода образуется в качестве промежуточного продукта в рассмотренных выше противоположных процессах. Перекись водорода разлагается с образованием Н20 и 02 и снова по чисто стехиометрическим соображениям в реакцию окисления должны вступать четыре иона Fe2+, поглощаться четыре кванта света, разлагаться четыре молекулы воды.
Как мы видим, при этой реакции в растворе остается избыточное количество ионов гидроксила ОН". Ясно, что и осуществление реакции (15) зависит от рН-буферной системы, способной поглощать образующиеся гидроксильные ионы. Возьмем для простоты ту же карбонатную буферную систему.
Поскольку гидраты Fe3+ и Fe2+ поглощают излучение разных длин волн, нетрудно представить себе искусственную систему, в которой происходит попеременно то первая, то вторая реакция и цикл превращения железа замыкается. Цикличность этих превращений можно осуществить без попеременного изменения длин волн излучения света, а вследствие кинетических особенностей такой и аналогичных систем.
Радикалы, образующиеся в реакции превращения Fe2+ в Fe3+ могут реагировать не с кислородом, а каким-либо другим акцептором А, образуя АН2.







Материалы

Яндекс.Метрика