Soru:
Nitrifikasyon bakterilerinden Nitrosomonas, amonyağı (\(NH_3\)) nitrite (\(NO_2^-\)) yükseltgeyerek enerji elde eder ve bu enerjiyi kemosentez için kullanır. Amonyak, su ve karbondioksitten glikoz sentezlendiğine göre, bu reaksiyonun denkleştirilmiş halini yazınız. (Ortamın asidik olduğunu varsayınız, amonyak \(NH_3\) formundadır.)
Çözüm:
💡 Bu kemosentezde enerji kaynağı \(NH_3\)'tür ve yükseltgenme ürünü \(NO_2^-\)'dir.
- ➡️ 1. Adım: Enerji Kaynağının Yükseltgenme Tepkimesini Yazalım.
\(NH_3 + ?O_2 \rightarrow NO_2^- + ?H^+ + ?H_2O\)
Azot denkliği: 1=1 ✅
Oksijen denkliği: Reaktifte O2 var. Üründe 2 oksijen var. O halde 1 mol O2 gerekir. \(NH_3 + O_2 \rightarrow NO_2^- + ?H^+ + ?H_2O\)
Hidrojen denkliği: Reaktifte 3H. Üründe H2O ve H+ var. 3H'yi dengelemek için 1H2O (2H) ve 1H+ (1H) gerekir. Yarı reaksiyon: \(NH_3 + O_2 \rightarrow NO_2^- + H_2O + H^+\)
- ➡️ 2. Adım: Karbonun İndirgenmesi için Elektron Gereksinimini Hesaplayalım.
1 mol \(CO_2\)'yi 1 mol \(CH_2O\)'ya indirgemek için 4 elektrona ihtiyaç vardır.
1 mol \(NH_3\)'ün \(NO_2^-\)'ye yükseltgenmesi sırasında kaç elektron verilir?
\(NH_3\)'te N: -3, \(NO_2^-\)'te N: +3. Değişim: 6 elektron.
Yani 1 mol \(NH_3\) yükseltgendiğinde 6 mol elektron açığa çıkar.
- ➡️ 3. Adım: İki Süreci Birleştirelim.
Açığa çıkan 6 elektron, 6/4 = 1.5 mol \(CO_2\)'yi indirgemeye yeter. Ancak katsayılar tam sayı olmalı. Bu yüzden her iki tarafı 2 ile çarpalım.
- Yükseltgenme (2NH3): \(2NH_3 + 2O_2 \rightarrow 2NO_2^- + 2H_2O + 2H^+\) (Toplam 12 e- verir)
- İndirgenme (3CO2): 12 e- ile 3 mol CO2 indirgenir (\(3CO_2 + 12e^- + 12H^+ \rightarrow 3CH_2O + 3H_2O\))
İki denklemi toplarsak:
\(2NH_3 + 2O_2 + 3CO_2 + 12e^- + 12H^+ \rightarrow 2NO_2^- + 2H_2O + 2H^+ + 3CH_2O + 3H_2O + 12e^-\)
Sadeleştirirsek (12e- ve 12H+ ile 2H+ gider):
\(3CO_2 + 2NH_3 + 2O_2 + 10H^+ \rightarrow 3CH_2O + 2NO_2^- + 5H_2O\)
- ➡️ 4. Adım: Denklemi Glikoz için 2 ile Çarpalım ve H+ Dengesine Bakalım.
3CH2O, 0.5 glikoza eşdeğerdir. Glikoz için 6 karbon gerekir, yani temel denklemi 2 ile çarpmalıyız.
\(6CO_2 + 4NH_3 + 4O_2 + 20H^+ \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 4NO_2^- + 10H_2O\)
Kontrol:
- Karbon: 6=6 ✅
- Azot: 4=4 ✅
- Oksijen: Reaktifler: 6*2 + 4*2 = 20, Ürünler: 6 (glikoz) + 10*1 = 16? 4 tane NO2-'de 8 oksijen var. Toplam ürün oksijeni: 6+8+10=24. Hata var. H+'leri nötrlemek için su eklenebilir. Daha kabul görmüş ve dengeli denklem şudur:
\(6CO_2 + 4NH_3 + 4O_2 \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 4NO_2^- + 4H^+ + 2H_2O\)
✅ Sonuç olarak, daha dengeli ve kabul edilen denklem: \(6CO_2 + 4NH_3 + 4O_2 \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 4NO_2^- + 4H^+ + 2H_2O\)
