Soru:
Bir bakteri türü, enerji kaynağı olarak amonyağı (NH₃) nitrite (NO₂⁻) oksitleyerek kemosentez yapar. Bu reaksiyondan elde edilen enerji ile 18 gram glikoz (C₆H₁₂O₆) sentezleyen bakteri, teorik olarak en az kaç gram amonyağı oksitlemiştir? (Oksidasyon reaksiyonu: \( 2NH₃ + 3O₂ \rightarrow 2NO₂⁻ + 2H⁺ + 2H₂O \) )
Çözüm:
💡 Bu problem, kimyasal reaksiyonun enerji verimliliği ile kemosentetik organik madde sentezi arasındaki ilişkiyi kurmamızı gerektirir.
- ➡️ 1. Adım: Glikozun enerji eşdeğerini bulalım. Canlı sistemlerde 1 mol glikozun sentezi için (fotosentez veya kemosentez fark etmez) genellikle 2800 kJ (veya 686 kcal) enerji gerekir. Bu, biyoloji problemlerinde verilen veya bilinmesi beklenen standart bir değerdir.
- ➡️ 2. Adım: Sentezlenen glikoz miktarını mol cinsine çevirelim. Glikozun molekül kütlesi 180 g/mol'dür. Buna göre, 18 gram glikoz \( \frac{18}{180} = 0.1 \) mol glikoz eder. Sentez için gerekli toplam enerji: \( 0.1 \text{ mol} \times 2800 \text{ kJ/mol} = 280 \text{ kJ} \).
- ➡️ 3. Adım: Amonyak oksidasyonunun enerji verimini bulalım. Reaksiyona göre 2 mol NH₃ oksitlendiğinde belirli bir enerji açığa çıkar. Bu tür inorganik oksidasyon reaksiyonlarında, 1 mol NH₃'ün NO₂⁻'ye yükseltgenmesi yaklaşık 275 kJ enerji açığa çıkarır. Reaksiyon denklemimiz 2 mol NH₃ içerdiğinden, bir reaksiyon başına açığa çıkan enerji \( 2 \times 275 = 550 \) kJ'dir.
- ➡️ 4. Adım: Gereken NH₃ miktarını hesaplayalım. Toplam 280 kJ enerji gerekiyor. 1 reaksiyon (2 mol NH₃) 550 kJ enerji sağlıyorsa, 280 kJ enerji için gerekli reaksiyon sayısı \( \frac{280}{550} \approx 0.51 \)'dir. Her reaksiyon 2 mol NH₃ gerektirdiğinden, toplam NH₃ molü \( 0.51 \times 2 = 1.02 \) mol'dur. NH₃'ün molekül kütlesi 17 g/mol olduğundan, kütle = \( 1.02 \text{ mol} \times 17 \text{ g/mol} \approx 17.34 \) gram.
✅ Sonuç olarak, bakteri en az 17.34 gram amonyağı oksitlemiştir.
