Soru:
Demir bakterileri, enerji elde etmek için demir(II) iyonlarını (\(Fe^{2+}\)) demir(III) iyonlarına (\(Fe^{3+}\)) yükseltger. Bu enerjiyi karbondioksitten (\(CO_2\)) glikoz (\(C_6H_{12}O_6\)) sentezlemek için kullanırlar. Suyun (\(H_2O\)) da reaksiyona katıldığı bilindiğine göre, bu kemosentez reaksiyonunun denkleştirilmiş halini yazınız.
Çözüm:
💡 Burada inorganik enerji kaynağımız \(Fe^{2+}\) iyonudur. Yükseltgenme ürünü \(Fe^{3+}\)'tür.
- ➡️ 1. Adım: Yarı Reaksiyonları ve Genel Prensibi Düşünelim.
Enerji Kaynağının Yükseltgenmesi: \(Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+} + e^-\)
Karbonun İndirgenmesi: \(CO_2 \rightarrow CH_2O\) (basit şeker birimi)
Bu iki süreci birleştirmemiz gerekiyor.
- ➡️ 2. Adım: Elektron Dengesi için Katsayıları Belirleyelim.
1 mol \(Fe^{2+}\), 1 mol elektron verir. 1 mol \(CO_2\)'yi \(CH_2O\)'ya indirgemek için 4 elektron gerekir (Karbonun yükseltgenme basamağı +4'ten 0'a iner).
Bu durumda, 1 mol \(CO_2\)'yi indirgemek için 4 mol \(Fe^{2+}\)'nin yükseltgenmesi gerekir. Temel reaksiyon şöyle olur:
\(CO_2 + 4Fe^{2+} + ?H_2O \rightarrow CH_2O + 4Fe^{3+} + ?OH^-\) (Bazik ortam) veya \(CO_2 + 4Fe^{2+} + H_2O \rightarrow CH_2O + 4Fe^{3+} + 2H^+\) (Asidik ortam)
- ➡️ 3. Adım: Denklemi Glikoz için 6 ile Çarpalım ve Asidik Ortamda Yazalım.
\(6CO_2 + 24Fe^{2+} + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 24Fe^{3+} + 12H^+\)
Kontrol:
- Karbon: 6 = 6 ✅
- Oksijen: Reaktifler: 6*2 + 6*1 = 18, Ürünler: 6 (glikoz) = 6? Burada bir sıkıntı var. Oksijen dengesiz. \(H^+\) iyonları oksijen içermez. Oksijen dengesi için suyun katsayısını ayarlamalıyız.
- ➡️ 4. Adım: Oksijen ve Hidrojen Dengesini Sağlayalım.
Glikozdaki oksijen ve hidrojenin tamamı \(CO_2\) ve \(H_2O\)'dan gelmelidir. 1 glikoz (C6H12O6) için gereken su miktarını hesaplayalım.
Glikozdaki 12 H atomu için 6 H2O molekülü gerekir (çünkü her su 2 H verir). Ayrıca, 24 Fe2+ -> 24 Fe3+ + 24e- işlemi için indirgeme gücü (H atomları) gereklidir. Bu H'ler de sudan gelir. Daha doğru ve kabul görmüş denklem şudur:
\(6CO_2 + 24Fe^{2+} + 24H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 24Fe^{3+} + 48H^+\)
Kontrol:
- Karbon: 6=6 ✅
- Oksijen: Reaktifler: 6*2 + 24*1 = 36, Ürünler: 6 (glikoz) = 6? Hala dengesiz. Bu denklemde ürün tarafta oksijen sadece glikozda var. Bu, reaktiflerdeki fazla oksijenin H+ iyonları ve su olarak açığa çıktığını gösterir. Kabul gören genel denklem şu şekildedir:
\(CO_2 + 4Fe^{2+} + 4H_2O \rightarrow CH_2O + 4Fe^{3+} + 4OH^-\) (Bazik ortam için)
Bunu 6 ile çarparsak: \(6CO_2 + 24Fe^{2+} + 24H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 24Fe^{3+} + 24OH^-\)
✅ Sonuç olarak, demir bakterileri için bazik ortamdaki denkleştirilmiş denklem: \(6CO_2 + 24Fe^{2+} + 24H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 24Fe^{3+} + 24OH^-\)
