Exercici 2 - Electroquímica · Química UB 2022

Exercici 2. Termodinàmica i electroquímica de la fotosíntesi

En el procés fotosintètic, la conversió del 3-fosfoglicerat ($\text{R-COO}^-$) a gliceraldehid-3-fosfat ($\text{R-CHO}$) mediada per NADH en medi àcid constitueix un pas fonamental. Es coneixen els següents potencials de reducció estàndard:

$\varepsilon^\circ(\text{R-COO}^-/\text{R-CHO}) = 0{,}07\text{ V}$

$\varepsilon^\circ(\text{NAD}^+/\text{NADH}) = -0{,}113\text{ V}$

Ruta metabòlica alternativa

Té lloc mitjançant la seqüència de dues etapes químiques:

(1) $\text{R-COO}^- + \text{ATP}^{4-} \rightleftharpoons \text{R-COO-PO}_3^{2-} + \text{ADP}^{3-} \quad (\Delta G_1^\circ = 19\text{ kJ/mol})$

(2) $\text{R-COO-PO}_3^{2-} + \text{NADH} + \text{H}^+ \rightleftharpoons \text{R-CHO} + \text{NAD}^+ + \text{HOPO}_3^{2-} \quad (\Delta G_2^\circ = -45{,}54\text{ kJ/mol})$

Dades addicionals: $R = 8{,}314\text{ J}/(\text{K}\cdot\text{mol}) = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}/(\text{K}\cdot\text{mol})$; $F = 96500\text{ C}/\text{mol e}^-$; $1\text{ C}\cdot\text{V} = 1\text{ J}$.

a)

Escriviu l'equació iònica global ajustada de la reacció espontània en condicions estàndard i justifiqueu la resposta:

b)

Calculeu la variació d'energia lliure estàndard ($\Delta G^\circ$) i la constant d'equilibri ($K_c$) del procés a $298\text{ K}$:

c)

En un cloroplast vegetal, les condicions difereixen de les condicions estàndard. Trobeu la relació $[\text{R-CHO}]/[\text{R-COO}^-]$ a l'equilibri a $25\text{ }^\circ\text{C}$ si $[\text{NADH}] = 1\text{ M}$, $[\text{NAD}^+] = 0{,}1\text{ M}$ i el medi té un $\text{pH} = 7$:

e)

A partir de les dades del procés alternatiu, determineu el potencial estàndard de reducció de la parella $\varepsilon^\circ(\text{R-COO-PO}_3^{2-}/\text{R-CHO})$: