Каждый организм до тех пор, пока он растет, увеличивает свой запас живой материи. Для этого ему необходимы строительные материалы, которые он должен приспосабливать к своим целям, включать в процесс обмена веществ. Кроме того, организму требуется горючее — источник энергии. Сравнивая живой организм с химическим заводом, мы могли бы сказать, что питание — это потребление и переработка строительных и горючих материалов.
Важнейший элемент — углерод — растения поглощают из воздуха в виде его диоксида (углекислого газа) благодаря своим листьям. Все другие вещества они добывают с помощью корней из почвы вместе с почвенной влагой. Только в особых случаях растения поглощают воду и растворенные в ней минеральные соли с помощью листьев Ежегодно зеленые растения связывают н превращают в органические соединения 170 млрд. т углерода — по 3 т на 1 га поверхности земли. За 30 лет такого интенсивного усвоения запас углекислого газа воздуха мог бы исчерпаться, если бы в природе не существовало процессов, в результате которых углерод снова возвращается в атмосферу. Например, 1 м2 листьев подсолнуха за час поглощает углекислый газ из 3 м3 воздуха, т. е, 900 см3 СО2. Из него образуется 0,5—1 г виноградного сахара.
Образование в клетках растений виноградного сахара происходит в соответствии с уравнением:
6СО2 + 6Н2О + энергия ® С6Н12О6 + 6О2
Этот процесс называется фотосинтезом, потому что необходимую для него энергию дает солнечный свет.
Клетки растения поглощают световую энергию и передают ее взаимодействующим веществам с помощью зеленого пигмента хлорофилла. Последний содержится в клетках растений в виде микроскопических мелких зернышек. Благодаря такой структуре поверхность хлорофилла, содержащегося в растении, необычайно велика, что способствует увеличению скорости фотосинтеза. Например, 180 г хлорофилла, содержащегося в столетнем буке, раздроблено на 50 биллионов зернышек, поверхность которых составляет от 18 000 до 20 000 м2. Поверхность же 200 000 листьев этого бука составляет всего лишь 1 220 м2.
Хлорофилл представляет собой смесь красящих веществ. Ознакомимся с методом, который позволяет разделить красители, входящие в состав хлорофилла. Этот метод был предложен русским ботаником М. С. Цветом в 1906 г. и называется хроматографией. Он основан на способности порошкообразных веществ по-разному удерживать, или адсорбировать, содержащиеся в растворе красители. Разумеется, эти порошкообразные вещества — адсорбенты — не должны вступать в какие-либо реакции с растворителем и сами не должны растворяться в нем.