Mierzymy otaczający nas świat
Email

Jaki kolor ma chlorofil?


 

Jaki kolor ma chlorofil?

 

Nieoczekiwane własności chlorofilu

 

 Krzysztof Pawłowski
Centrum Fizyki Teoretycznej PAN
Warszawa

                    Julia Pawłowska
Wydział Biologii UW
Warszawa



Prezentujemy interdyscyplinarne doświadczenie, łączące biologię, fizykę i chemię. Ten bardzo ładny, również w sensie estetycznym, eksperyment pokazuje nieoczekiwane właściwości chlorofilu – związku, który pozwala roślinom wykorzystywać energię słoneczną do produkcji cukrów.

 

rys9

 

 

Jaki właściwie kolor ma chlorofil?


 
Program nauczania/Przedmioty:
Gimnazjum:
Hasło programowe: korpuskularno - falowa natura materii
Tematy lekcji: "Analiza widmowa i jej zastosowanie", "Rozszczepienie światła białego w pryzmacie. Widmo promieniowania"
Szkoła ponadgimnazjalna:
Hasło programowe:  - elektromagnetyzm
Tematy lekcji: "Fale elektromagnetyczne", "Właściwości fal elektromagnetycznych"

 

1. Potrzebne materiały

Do wykonania doświadczeń potrzebne będą:

  • metalowy kubek lub mały garnek,
  • szklanka,
  • benzyna ekstrakcyjna (do kupienia w sklepach malarskich badź marketach budowlanych),
  • spirytus rektyfikowany,
  • zielone liście dowolnej rośliny (doświadczenie najlepiej wychodzi z pietruszka),
  • sitko,
  • deska do krojenia.
  • nóż,
  • lampka nocna, latarka lub czołówka
  • palnik.
Zestaw elementów do wykonania doswiadczeń
 Rys. 1 Zestaw elementów do wykonania doświadczenia.

Czas wykonania doświaczenia - około 15 minut.

 

2. Wykonanie

Rośliny pokrój na desce do krojenia na drobne kawałki, jak pokazano na Rys. 2. Następnie wrzuć je do metalowego kubka i zalej alkoholem (Rys. 3). Spirytusu rektyfikowanego powinno być tyle, aby cała wartstwa roślin była w nim zanurzona. W przykładowym doświadczeniu użyto około 150 ml alkoholu.

chrolophyll 2 chlorophyll 3
Rys. 2.  Zielone części rośliny posiekaj na drobne kawałki. Rys. 3.  Posiekane części roślin wrzuć do kubka
i zalej ok. 150 ml spirytusu.
 

Mieszaninę podgrzewaj ostrożnie na wolnym ogniu, staraj się nie zagotować alkoholu. Całość podgrzewaj około 3 minut (rys. 4), aż ciecz stanie się zielona, jak pokazano na    rys. 5.  UWAGA! Opary alkoholu są palne, zachowaj szczególną ostrożność!

 

chlorophyll 4

 

 

 

 

 

 

chlorophyll 5

Rys. 4 Zalane spirytusem rośliny
podgrzewaj przez około 3 minuty 
malym ogniu

Rys. 5 Wywar powinien mieć wyraźny
zielony kolor

Napełnij 3/4 szklanki wywarem, przelewając go przez sitko (rys. 6). Zebrane na sitku szczątki roślin możesz już wyrzucić – bohater tego doświadczenia jest już rozpuszczony w alkoholu. Szklankę dopełnij bezyną ekstrakcyjną (rys. 7), całość można wymieszać.


chlophyll 6 

 

 

 

 

 

 

chlopophyll 7

Rys. 6. Przelej wywar przez sitko do
szklanki.
Rys. 7 Dolej do szklanki z roztworem chlorofilu
trochę benzyny ekstrakcyjnej
 

Ciecz w szklance powinna się rozdzielić na dwie wyraźne warstwy: mętną, ciemnozieloną warstwę na dole, oraz klarowną i jaśniejszą warstwę na górze (rys. 8). Jeśli Twój wywar jest podobny do tego z rysunku 8. - gratulacje! Właśnie wyizolowałeś chlorofil z liści pietruszki! 

 
chlopophyll 8
Rys. 8. Wywar w szklance powinien rozdzielić się na dwie
wyraźne warstwy.

UWAGI!

  • Pamiętaj, żeby dokładnie wymyć rzeczy, które miały styczność z benzyną ekstrakcyjną.
  • Pamietaj, że opary alkoholu są palne! Zachowaj szczególną ostrożność podgrzewając alkohol.

 

3. Obserwacje

Przyszedł czas na kluczową część doświadczenia – oświetlaj szklankę z różnych stron i patrz na jej kolor.  Czym mocniejsze źródło światła tym efekt jest silniejszy.

 

 

 

 

 

 

chlorophyll 9

chlorophyll 10
Rys. 9. Roztwór oświetlany z góry świeci
na boki wyraźnym brunatno-czerwonym
światłem.
Rys. 10. Kiedy umieścimy wywar między
nami a lampką, wtedy obie warstwy mają
zielony kolor.

 Gdy szklanka jest oświetlana z góry, a patrzymy na nią z boku górna warstwa świeci na czerwono-brunatny kolor, natomiast dolna - jaskrawo zielony (rys. 9).  Z kolei jeśli obserwujemy światło przelatujące przez szklankę z naszym roztworem, jak w układzie na rys. 10, wtedy obie warstwy świecą dość podobnym zielonkawym światłem. Doświadczenie powtórzono na rys. 11 oraz 12 używając zamiast lampki nocnej tzw. czołówki.

chlorophyll 11 chlorophyll 12
Rys. 11. Jeśli oświetlimy jedynie górną 
warstwę zobaczymy, że świeci ona na 
boki na czerwono.
Rys.12. Dolna warstwa świeci we 
wszystkich kierunkach tak samo, w
kolorze jasnozielonym.

 

3. Dlaczego?

Czemu oświetlana górna część roztworu, świeci na boki czerwonym światłem?

Czas na trochę teorii.

Chlorofil to substacja, która pozwala roślinom chłonąć energię ze Słońca.

Nie jest przypadkiem, że równocześnie nadaje roślinie zielone zabarwienie.

Może on swobodnie rozpuszczać się w cieczach polarnych, takich jak benzyna ekstrakcyjna.  Dlatego chlorofil znajduje się w górnej warstwie (z benzyną).

 Czemu chlorofil oświetlany lampką, następnie sam wyświeca światło?

Otóż, to wcale nie jest szczególna cecha chlorofilu. Tak się dzieje z KAŻDĄ substacją.  Wszystko co obserwujemy zachowuje się podobnie. Może chłonąć światło, a następnie je wyświecać.

Pochłanianie światła nazywane jest absrobcją, a wyświecanie – emisją. Często jednak zarówno światło, które jest absorbowane, a potem emitowane jest dla nas niewidoczone, gdyż nasze oko jest na nie nieczułe. Może to być np. światło w ultrafiolecie, podczerwieni czy promienie typu X.

Fizycy przypisują każdemu rodzajowi światła jego częstość lub równoważnie długość fali.

Każda substacja abosrbuje, ale i wyświeca światło o ściśle określonych częstotliwościach.

Mówimy, że ma swoje widmo promieniowania. Stąd jedynie obserwując światło wyświecone z gwiazd możemy powiedzieć z jakich cząsteczek gwiazda jest zbudowana. 

Na przykład  białe światło słoneczne to w istocie wielobarwna mieszania fal elektromagnetycznych.  Wystarczy dokładnie zmierzyć ich długości fali (czyli poznać widmo promieniowania Słońca), a następnie sprawdzić jakim cząsteczkom odpowiadają te długości fal.

Światło z żarówki jest również mieszaniną wielu barw. Jedną z częstości światła charakterystycznych dla chlorofilu jest częstość odpowiadająca barwie czerownej.  Chlorofil absorbuje część światła z żarówki, a następnie emituje je w losowych kierunkach. Stąd czerwona poświata od chlorofilu, gdy oświetlamy go np. z góry, a patrzymy na niego z boku.

Natomiast światło, które przechodzi przez chlorofil 'w przód' jest pozbawione wielu częstości (m.in. odpowiadających barwie czerwonej), które chlorofil zabsorbował. Tym samym światło przechodzące ma inną barwę – głównie zieloną, bo to jest barwa której chlorofil nie potrafi pochłaniać. Innymi słowy chlorofil wydaje się zielony, gdyż niemal w całości odbija zielone światło podczas, gdy pochłania inne barwy.