Номер 5, страница 28 - гдз по химии 7 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Какие реакции происходят при освещении?

При освещении, то есть под действием квантов света (фотонов), происходят фотохимические реакции. Энергия фотона поглощается молекулой, переводя ее в возбужденное электронное состояние, что делает ее химически более активной. Это может приводить к разрыву химических связей, изомеризации или реакциям с другими молекулами. Ниже приведены примеры важнейших реакций, происходящих при освещении.

1. Фотосинтез

   Это ключевой биохимический процесс, в ходе которого растения, водоросли и некоторые бактерии преобразуют энергию света в химическую энергию органических веществ. Он состоит из двух основных стадий:

   • Световая фаза: Энергия света, поглощенная хлорофиллом, используется для расщепления молекул воды (фотолиз), в результате чего образуется кислород, а также энергетические молекулы АТФ и НАДФ·H. Уравнение фотолиза воды: $2H_2o \xrightarrow{свет} 4H^+ + 4e^- + O_2$.
   • Темновая фаза (цикл Кальвина): Продукты световой фазы (АТФ и НАДФ·H) используются для фиксации углекислого газа ($CO_2$) и синтеза глюкозы ($C_6H_{12}O_6$).

   Суммарное уравнение фотосинтеза:

   $6CO_2 + 6H_2o \xrightarrow{свет, хлорофилл} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$

2. Радикальное галогенирование алканов

   Это цепная реакция, инициируемая ультрафиолетовым светом, в которой атом водорода в алкане замещается на атом галогена. Например, хлорирование метана:

   • Инициирование цепи: Молекула хлора под действием УФ-света распадается на два радикала хлора: $Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2Cl\cdot$.
   • Рост цепи: Радикал хлора атакует метан, образуя метильный радикал, который затем реагирует с другой молекулой хлора, продолжая цепь: $Cl\cdot + CH_4 \rightarrow HCl + CH_3\cdot$, затем $CH_3\cdot + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + Cl\cdot$.
   • Обрыв цепи: Реакция останавливается, когда два радикала соединяются друг с другом, например: $Cl\cdot + Cl\cdot \rightarrow Cl_2$.
3. Процесс зрения

   В основе зрения лежит фотохимическая реакция изомеризации. В палочках и колбочках сетчатки глаза содержится пигмент родопсин, состоящий из белка опсина и молекулы 11-цис-ретиналя. При поглощении фотона света 11-цис-ретиналь мгновенно изменяет свою пространственную структуру, превращаясь в полностью-транс-ретиналь. Это изменение формы запускает каскад биохимических сигналов, который приводит к возникновению нервного импульса, передаваемого в мозг.

4. Синтез витамина D в коже

   Под действием ультрафиолетовых лучей (УФ-В) в коже человека происходит синтез витамина D. Солнечный свет превращает 7-дегидрохолестерин, содержащийся в коже, в превитамин $D_3$, который затем изомеризуется в витамин $D_3$ (холекальциферол). Этот процесс жизненно важен для регуляции кальциево-фосфорного обмена в организме.

   $7-дегидрохолестерин \xrightarrow{УФ-свет} Витамин D_3$

5. Атмосферные реакции (образование и разрушение озона)

   В стратосфере под действием солнечной радиации постоянно происходят реакции с участием кислорода и озона. Этот цикл защищает жизнь на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения.

   • Образование озона: Коротковолновый ультрафиолет расщепляет молекулу кислорода на атомы: $O_2 \xrightarrow{h\nu} 2O$. Атомарный кислород затем соединяется с молекулярным, образуя озон: $o + O_2 \rightarrow O_3$.
   • Разрушение озона: Озон поглощает УФ-лучи и распадается: $O_3 \xrightarrow{h\nu} O_2 + O$.

   Таким образом поддерживается динамическое равновесие, формирующее озоновый слой.

6. Фотодеградация и выцветание

   Многие материалы, особенно органические, подвержены разрушению под действием света, в первую очередь его УФ-компоненты. Энергия фотонов может разрывать химические связи в молекулах полимеров (что приводит к старению пластика, его хрупкости) или в молекулах красителей (что вызывает выцветание тканей, красок и фотографий).

7. Фотография

   Классическая черно-белая фотография основана на светочувствительности солей серебра (например, бромида серебра $AgBr$). При попадании света на фотопленку ионы серебра $Ag^+$ восстанавливаются до атомов металлического серебра $Ag^0$: $Ag^+ + e^- \xrightarrow{h\nu} Ag^0$. На участках, куда попало больше света, образуется больше атомов серебра, формируя скрытое изображение, которое затем проявляется химическим путем.

Ответ:

При освещении происходят фотохимические реакции, инициируемые поглощением квантов света. Важнейшие из них: фотосинтез (преобразование света в химическую энергию растениями), цепные реакции галогенирования (например, хлорирование метана на свету), изомеризация ретиналя в сетчатке глаза (основа зрения), синтез витамина D в коже, образование и разрушение озона в атмосфере, фотодеградация материалов (старение пластика, выцветание красок), а также процессы, лежащие в основе фотографии (восстановление серебра из его солей).