Extragerea Clorofilei din Spanacul Proaspăt și Investigarea Fotochimiei Clorofilei

Introducere

Scopul acestui experiment este de a investiga fotochimia clorofilei. Acest experiment va fi efectuat în două perioade de laborator. În prima perioadă de laborator se va extrage clorofila, pigmentul verde din frunze, de la spanac. În a doua perioadă de laborator se va investiga interacţiunea luminii cu clorofila.

Clorofila este pigmentul verde responsabil pentru culoarea frunzelor. Prezenţa sa în frunze este crucială pentru fotosinteză. Fotosinteza poate fi definita ca procesul prin care plantele, algele și bacteriile fotosintetice folosesc energia luminoasa pentru a conduce la sinteza unor compuşi organici. Procesul fotosintetice implică eliminarea dioxidului de carbon din atmosferă, care este folosit la sintetiza carbohidrati şi eliberarea oxigenului.

Energie care conduce reacţiile chimice ale fotosintezei vine de la lumina soarelui absorbită de moleculele de clorofilă. Prin urmare, primul pas în fotosinteza este absorbţia luminii vizibile de la soare prin molecule de clorofilă. Moleculele de clorofilă apoi transfera energie luminoasa la cloroplaste, centrul reacţiei de fotosinteză. În acest fel energia luminioasa este transformata în energie chimică pentru a transforma dioxidul de carbon în glucide.

Reacţia globală pentru fotosinteza este:

Ecuația generală pentru fotosinteza este inselator de simpla. De fapt, o serie de reacţii complexe trebuie să apară în mod coordonat pentru sinteza de carbohidraţi. Pentru a produce o molecula de zaharoză, C6H12O6, plantele necesita aproximativ 30 de proteine distincte, care lucrează într-o structură de membrana complicata.

Fără lumină fotosinteza nu poate avea loc; şi, prin urmare absorbţia de lumina a clorofilei este primul pas în fotosinteză.

Ce se întâmplă când lumina loveşte un atom sau o molecula?

Deoarece atomii şi moleculele asculta mecanicile cuantice, un atom sau o molecula poate poseda valori discrete de exemplu este cuantinizat cantitatea de energie care poate poseda un atom sau moleculă de energie.

Cantitatea de energie pe care un atom o poate absorbi depinde de separarea energiei de niveluri electronic ale atomului.

Energia absorbita excita un electron de la nivelul inferior la nivelul superior, rezultând într-o excitaţie electronica. Deoarece fiecare atom are o separare de energie unica între nivelurile electronice, dacă frecvenţa de luminei incidente variaza şi frecvenţele absorbite de atom sunt monitorizate, un spectru de absorbție este înregistrat care este caracteristic atomului. Excitarea electronică, de asemenea, apare în molecule, şi ca atomii din structura electronică a fiecarei molecule este diferit, spectre de absorbție electronice de molecule sunt, de asemenea, caracteristice de fiecare moleculă. O moleculă, pe lângă nivelul electronic, poate stoca energie în vibraţiile legaturilor în moleculele şi rotaţii ale moleculei. Ca cu electronice energetice, energiile vibrationale şi rotaţia sunt, de asemenea, cuantizate.

Ce se întâmplă cu o moleculă, după ce aceasta a absorbit energia?

Există multe căi prin care molecula excitata poate pierde energie pe care a absorbit-o din lumina incidenta. Molecula poate re-emite lumina-aceasta se numeşte fluorescență. Sau energia poate fi folosita pentru a excita vibraţii şi rotaţii în cadrul moleculei. Sau dacă molecula se ciocneşte cu o altă moleculă se poate transfera energia la un partener de coliziune – acest lucru este numit călire. Sau, uneori, molecula poate disociază în cazul în care energia absorbită este mai mare decât o energie de legătură în molecula.

Ca urmare a excitaţiei, molecula poate urma oricare dintre aceste căi (sau, uneori, o combinaţie de aceste căi). "Soarta" moleculei excitate depinde de factori cum ar fi timpul relativ al fiecărui eveniment, faza de proba (solida, lichida şi gazoasa), presiune sau concentrația probei. O moleculă excitata, care pierde energie prin mecanisme care nu implică emisie de lumină, este supusa unui proces non-radiativ.

Fotochimia clorofilei

Când lumina soarelui loveşte o molecula de clorofilă, molecula de clorofilă absoarbe lumina. Ce se întâmplă cu moleculele de clorofilă excitate? Moleculele de clorofilă ar putea fluorescente, re-emit lumina. Cu toate acestea, în cazul în care toate moleculele de clorofilă prezintă o fluorescenţă, apoi energia absorbită de clorofilă este pierduta şi nu pot fi folosite pentru a conduce fotosinteza.