光合作用的本质,就是利用电子跃迁,把太阳光能进行存储与转移。
光本质上具有粒子行为,其能量是一份一份的。
电子也具有一定的能量,能量不改变,它就会围绕自己固定的轨道运转。
可是,当光子打到电子时,就会使电子能量升高,从而跑到更高的能级轨道上运行。
如果想把这个能量释放出来,电子就得重新跃迁到能量低的轨道。
经过这样的循环,就实现了把光能储存和转移的效果。
如果我们是植物,我们如何才能设计一个最有效的装置实现这个功能呢?我们首先要考虑到效率和周边可利用的材料。
氢对我们肯定是首选。
这个体系只涉及一个电子,操作过程相对简单。
那我们可能会说,钠的性质和氢很像,外围都是一个电子,为什么不选择钠?钠的体积和重量比氢大得多,而且,钠并不是非常广泛分布的元素。
而氢组成的水到处都是。
于是,水就成了我们第一需要利用的物质。
它提供氢,并且还是非常好的载体,溶解各种物质。
并被携带到各处。
而水中的氧对于这个过程,则是一种废物,需要被排出体系,也就是通过光合作用,形成了大量氧气,殊不知,对于植物而言,那是一种废气。
作为载体,我们还需要一种运载工具,碳链。
碳是形成链状结构最佳材料。
虽然硅也可以,但是,硅链形成的物质是固体,当然不能被选择。
含有的碳的CO2也就被植物选择,参与了光合作用。
那么,现在地球已经给植物准备好H2O和CO2,关键是如何才能利用这两种物质,通过电子转移,把光能存储到含有碳和氢的化合物中。
我们可以简单地进行如下解释。
在CO2 中,C是正四价,也就是相当于把四个电子给予了氧,处于低能状态。
而在碳氢化合物中,比如葡萄糖C6H12O6,C则是负四价,类似于获得了四个电子。
显而易见,后者形式的碳具有较高能量。
这个多出来的能量,就来自太阳的光能。
其实,如果有其他能量来源,不一定非要光能,植物也能够形成葡萄糖。
比如,在海底的黑暗世界。
光合作用对于人类过去现在未来将有重大意义,未来人类掌握了光合的原理并加以利用,可以人工制造合成任何物质,不用再从植物中提取,将是生物化学物理等学科飞跃发展的时期。
相信不久的将来吧。



