Fotosíntesi i superposició quàntica

Docent 

Isabel Mora Pons

Centre educatiu

INS Vallvera

Any de presentació a Ciència entre tots

2025

Llistat de material necessari

• Capsa de cartró pintada o forrada de verd
• 23 gots de cafè de cartró.
• Cartolina verda A2.
• 1 pilota de goma petita.
• Pintures per decorar el material.
• Material adhesiu

Com ho fem?

1. Pintar 22 gots de cafè de color verd.
2. Pintar 1 got de cafè de color taronja.
3. Col·locar i fixar els 22 gots de cafè pintats de color verd de forma invertida a dins de la capsa, de manera que el cul del got quedi cap amunt, deixant un espai al centre.
4. Col·locar i fixar el got de cafè pintat de color taronja al centre de la capsa, en aquest cas, amb l'obertura mirant cap amunt.
5. Construir un embut molt gran amb la cartolina, deixant al mig un forat prou gran perquè hi passi la pilota de goma petita. Dibuixar-hi hexàgons grans per simbolitzar les clorofil·les.
6. Col·locar la capsa amb els gots enganxats en un espai pla.
7. Llençar la pilota de goma sobre un dels gots verds amb la finalitat que arribi a l'interior del got taronja botant a sobre dels gots verds.
8. Repetir el llançament, però en aquest cas col·locant l'embut fet de cartolina a sobre la capsa de manera que coincideixi el forat de l'embut amb el got taronja. Així doncs, el nou llançament es realitza a qualsevol lloc de la cartolina en forma d'embut.

Què observem?

La fotosíntesi és un dels fenòmens naturals més importants per mantenir la vida al món, que permet la síntesi d’energia química a partir de la llum o fotons. El fotosistema és la unitat funcional de la fotosíntesi situada a la membrana del tilacoide, conjunt de pigments organitzats per captar la llum del sol i transferència de l’energia en forma d’electrons.
En el nostre experiment o demostració, el fotosistema es representa de dues maneres, en primer lloc, com el conjunt de la caixa i els 23 gots i, posteriorment, com a embut de cartolina. La clorofil·la (representat per cada un dels gots de cafè de color verd) és el pigment que fa d’antena, que permet captar la llum del sol i dirigir-la fins al centre de reacció (representat pel got de cafè de color taronja) en forma d’electró (representat per la pilota de goma).

La clorofil·la és una molècula especial perquè té un sol electró al nivell d’energia més extern. Quan el fotó és absorbit pel tilacoide, aquest excita l’electró més extern de la molècula de clorofil·la i fa que aquest electró s’alliberi. Aquest electró excitat arribarà a una de les clorofil·les properes provocant l’excitació de la mateixa i alliberació del seu electró de la capa més externa. Aquesta reacció es donarà de forma successiva fins que l’electró excitat arribi al centre de reacció, un complex proteic que permetrà processar l’energia alliberada per donar pas a les reaccions de la fotosíntesi.

D’acord amb el model tradicional, el qual el simbolitzem amb el conjunt de la caixa i tots els gots enganxats, l’electró excitat pel fotó (representat per la pilota), viatjarà de forma aleatòria a través de les diferents clorofil·les del complex antena fins a arribar al centre de reacció (a l'interior del got taronja). Aquest procés és aleatori podria provocar la pèrdua de l’electró i, per tant, un baix rendiment fotosintètic. Aquest baix rendiment es demostra a través d'aquest experiment quan es tira la pilota sobre els gots verds (simbolitzen les diferents clorofil·les), que de forma poc probable acaba dirigint-se al got taronja, que simbolitza el centre de reacció.

Tanmateix, el procés de conversió es produeix amb una eficiència propera al 100%, fet que s’explica amb la base de la mecànica quàntica.

Amb el model proposat s'afegeix la cartolina en forma d'embut, de manera que el forat de l'embut coincideixi amb el got taronja, que simbolitza el centre de reacció. Així doncs, si tirem la pilota a qualsevol lloc de l'embut, que representa una nova manera de veure el fotosistema i conjunt de clorofil·les, la disposició d'aquest permetrà que la pilota, o electró excitat, sempre viatgi fins al centre de reacció de forma eficient.

Paraules clau

Fotosíntesi, pigments, clorofil·la, quàntica

Grau de dificultat

Fàcil

Durada de l'experiència

5 minuts

La podem reproduir utilitzant materials casolans/quotidians i no perillosos?

Sí

Bibliografia o webs relacionades