تجربة عملية توّضح مبدأ عملية “البناء الضوئي” التي تحدث داخل النبات

2011 تجارب علمية داخل المادة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

عملية البناء الضوئي النبات البيولوجيا وعلوم الحياة

– الأهداف

1. اختبار سرعة حدوث تفاعل الأكسدة والاختزال.

 

– الأدوات التي تحتاجها

1- كأس شراب زجاجي طويل

2- حشيشة الإوز (نبات مائي)

 

3- صحن فنجان أو وعاء مقعر(قصعة)

4- أقلام حبر تخطيط

 

5- مسطرة

6- كوب قياس

 

– خطوات العمل:

1- ضع قطعة من نبات حشيشة الإوز (نبات مائي) في الكوب الزجاجي ثم املأ كل الكوب بالماء وصولاً إلى حافته العليا.

2- ضع الصحن فوق الكوب واقلب الكوب مع الصحن بسرعة رأساً على عقب، بينما تمسك بهما بإحكام. بالطبع سيتسرب بعض الماء من الكوب خلال هذه الخطوة.

3- سارع إلى صب كمية قليلة من الماء في الصحن، لأن ذلك سيحول دون انخفاض مستوى الماء.

4- انظر الآن إلى قمة الكوب. يجب أن تصبح كمية صغيرة من الهواء محصورة داخل ذلك الجزء من الكوب. حدد مستوى الهواء بوضع علامة على الكوب مستخدماً لذلك قلم حبر تحديد.

5- ضع الكوب مع الصحن على حافة نافذة مشمسة واتركهما لعدة ساعات. حدد مستوى الماء بوضع علامة على الكوب وذلك خلال فواصل زمنية منتظمة – كل ساعة، على سبيل المثال.

6- قِسْ المسافة بين علامتين. استمر بوضع علامات التحديد خلال فواصل زمنية محددة. وبإمكانك أيضاً وضع هذا النبات تحت أشعة الشمس المباشرة كي تكتشف أث ذلك في سرعة التفاعل. قد تضطر إلى نقل النبات ليتلقى أشعة الشمس المباشرة، لذلك انتبه لأي تغيرات في درجة الحرارة في الموقع الجديد.

 

عندما تقوم بفحص النبات على مراحل زمنية منتظمة خلال اليوم، لاحظ ما يحدث داخل الإناء، وسجل الوصف في دفتر ملاحظاتك. ابحث عن وجود أي فقاعات على النبات وداخل الكوب وقم بوصف الطريقة التي تتحرك فيها تلك الفقاعات.

قِسْ مستوى الماء في الكوب وسجل ذلك أيضاً في دفتر الملاحظات. تستطيع بعد ذلك رسم مخطط بياني لمستوى الماء مقابل الزمن.

وبإمكانك أيضاً قياس مستوى الماء في الكوب أو مستوى الماء في الصحن بما أن الماء الموجود في الصحن سيُزاح بسبب تجمع الغاز في أعلى الكوب.

 

استعمل أياً من تلك النتائج التي تشير إلى أرقام القياس الأكبر لأن تسجيلها على شكل نقاط على المخطط البياني سيكون أسهل.

قد ينطوي استخدام نتائج مستوى الماء في الصحن على ناحية سلبية نوعاً ما لأن بعض الماء سيتبخر من الصحن لدى تعرض هذا الماء للهواء، وبالتالي فإن قراءات النتائج لن تكون صحيحة تماماً.

 

ومن ناحية ثانية، فإن الماء الموجود داخل الكوب يكون معزولاً، بمعنى أنه لن يتبخر، ما يجعل قراءات نتائجه أكثر دقة.

كرر التجربة بوضع النبات داخل خزانة مظلمة. هل يكون إنتاج الهواء داخل الكوب أقل؟ وبإمكانك أيضاً القيام بالتجربة في درجات حرارة مختلفة.

قارن نتائج مختلف التجارب التي قمت بها. ما الفرق الذي يسببه كل من الظلام وضوء الشمس ودرجة الحرارة في عملية إنتاج الغاز؟

 

اطلب مساعدة أحد الكبار للتأكد من أن الغاز الذي أنتجه النبات هو الأكسجين. ضع الكوب مع الصحن في المغسلة، ثم اجعل الكوب يميل بزاوية خفيفة كي ينساب الماء منه ببطء.

ينبغي تنفيذ هذه الخطوة بمنتهى العناية والتأني كي لا يضطرب الغاز المحصور في قمة الوب.

 

اطلب من الشخص البالغ الذي يساعدك في هذه التجربة إشعال عود ثقاب طويل. أدخل عود الثقاب المشتعل بحذر داخل الكوب مع المحافظة على وضعية الكوب المقلوبة.

ماذا يحدث للهب عود الثقاب؟ يجب أن يكون احتراق اللهب أفضل داخل الكوب المقلوب لأن الغاز المحصور في قمته هو الأكسجين – الغاز الموجود في الهواء – الذي يسمح باحتراق الأشياء.

 

تحليل التجربة

ستختلف كمية الأكسجين الناتجة عن هذا النشاط، ففي حال وُضعَ النبات تحت ضوء الشمس القوي بصورة مباشرة، سينتج كمية أكبر من الأكسجين والسبب في ذلك هو أن ضوء الشمس يقوم بتزويد الطاقة اللازمة للكلوروفيل (اليخضور) في النبات من أجل حدوث البناء الضوئي. 

ولكن من دون ضوء الشمس لن يحدث هذا التفاعل. وهذه هي الطريقة التي تحصل فيها الكرة الأرضية على الطاقة من الشمس. (وهي أيضاً الوسيلة التي نحصل بها على الأكسجين اللازم لعملية التنفس).

كما أن درجة الحرارة التي تجري عندها التجربة ستشكل فرقاً آخر. وكما هو الحال في أي تفاعل كيميائي، تسبب الطاقة الحرارية حركة الجزيئات بسرعات أكبر ما يؤدي إلى اصطدامها ببعض بشكل أكثف، لذلك كلما ارتفعت درجة حرارة الغرفة والماء ازداد إنتاج النبات للأكسجين خلال زمن معين.

 

وأخيراً إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى حد كبير فإن ذلك سيؤدي إلى إتلاف خلايا النبات والمواد الموجودة فيها، وهذا ما يؤثر في عملية إنتاج الأكسجين.

وفي حال انخفاض درجة الحرارة سيصبح إنتاج الأكسجين بطيئاً لأن التفاعلات تميل إلى التباطؤ عند انخفاض درجة الحرارة.

وعند هبوط درجة الحرارة إلى درجة التجمد سيواجه النبات مشكلة أخرى حيث يتحول الماء الموجود فيه إلى بلورات ثلجية، وبما أن البلورات الثلجية تشغل حيّزاً أكبر من الماء السائل فإنها ستتحطم وتقضي على خلايا النبات.

 

يكون توازن النبات وجميع المواد العضوية ممتازاً لدى استخدامها للغلاف الجوي، فجميع الكائنات العضوية الحية، ما عدا النبات، تأخذ الأكسجين من الهواء وتطرح بدلاً عنه ثاني أكسيد الكربون.

أما النباتات والطحالب فتقوم بالعكس، فهي تأخذ ثاني أكسيد الكربون وتنتج الأكسجين ما دامت معرّضة لضوء الشمس.

تستهلك النباتات الأكسجين في فترة الليل ومع ذلك فإنها تطرح كميات من هذا الأكسجين أكثر مما تمتصه، لذلك لا تستطيع النباتات وغيرها من المواد العضوية الاستمرار في الحياة من دون الاعتماد على بعضها البعض.

 

ما العمل إذا انسكب الماء من الكوب عندما أقلبه؟

قد تكون حافة الكوب العليا غير مستوية تماماً، أو قد تكون قاعدة صحن الفنجان غير مستوية. جرب استبدال الكوب والصحن بكوب وصحن آخرين مناسبين.

وينبغي أيضاً أن تتمتع يدك بالثبات والاتزان عندما تنفذ حركة قلب الكوب والصحن معاً رأساً على عقب، وقد تضطر للتدرب على هذا عدة مرات قبل أن تستطيع القيام بهذه الخطوة بالطريقة الصحيحة.

 

البناء الضوئي تحت الماء

يتم فقدان كمية من طاقة ضوء الشمس أثناء انتقالها عبر الماء، لذلك فإن الأعشاب البحرية المختلفة لها نسب مختلفة من أنواع الكلوروفيل للاستفادة من ضوء الشمس الواصل إليها.

يوجد الكلوروفيل (آ) و(ب) في معظم طحالب الماء، في حين يوجد الكلوروفيل (ج) في الطحالب البنية التي تعيش في الأعماق، أما الكلوروفيل (د) فيوجد في الطحالب الحمراء

 

تراب الأكسدة والاختزال

ستدرك مدى أهمية تفاعلات الأكسدة والاختزال عندما تعلم بأن قشرة الكرة الأرضية هي نتيجة تفاعلات الأكسدة والاختزال بين النواة المعدنية والأكسجين الموجود في الغلاف الجوي المحيط بالأرض.

وتتكون قشرة الأرض في معظمها من أكاسيد معدنية، بل إن الماء ذاته هو أكسيد من الهيدروجين. وتحدث معظم التفاعلات الكيميائية لأن المتفاعلات (المواد الداخلة في التفاعل) أكثر قدرة على التفاعل من نتائج التفاعلات ذاتها.

 

والأكسجين هو من العناصر المتفاعلة جداً، ومع أنه لا يتوافر في الغلاف الجوي كتوافر النتروجين من حيث الكمية، إلا أن تفاعلية الأكسجين العالية تبين السبب الذي يجعل الكثير من مركبات القشرة الأرضية مركبات مؤكسدة.

إن العديد من التفاعلات في استخراج المعادن للأغراض الصناعية هي تفاعلات أكسدة واختزال تستخدم الأكاسيد كمواد أولية، ولعل إنتاج الحديد هو خير مثال على ذلك

 

يتم تسخين أكسيد الحديد مع الكربون، فيتم اختزال أكسيد الحديد إلى حديد، بينما يتأكسد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون.

وبما أن الكثير من الأكاسيد تكون مستقرة، لابدّ من مساعدة الكثير من تفاعلات الأكسدة والاختزال عن طريق رفع درجة الحرارة إلى درجات حرارة مرتفعة جداً أو عن طريق مواد محفّزة (وهي مواد كيميائية تسرّع من حدوث التفاعل).

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]