Natural & Life Sciences🎓 baccalaureate goal

آليات تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية كامنة آلية تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كامنة كميائية

شروط عملية التركيب الضوئي

🔊 The teacher reads for you

إشكالية: يركّب النبات الأخضر بنفسه مادّة عضوية غنيّة بالطاقة انطلاقا من مادّة معدنية يمتصّها، وذلك وفق سلسلة من التفاعلات تُعرف بالتركيب الضوئيّ. غير أنّ نباتا أخضر يوضع في الظلام لا يركّب شيئا، وورقة ليست خضراء كلّها لا تركّب في كلّ مساحتها. فما هي الشروط التي يتطلّبها التركيب الضوئيّ، وبم تتجلّى مظاهره ؟

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:

أن تستخرج من نتيجة الكشف عن النشاء على ورقة مبرقشة دور اليخضور في التركيب الضوئيّ
أن تقارن بين ورقة معرّضة للضوء وورقة في الظلام، وأن تستنتج منهما دور الضوء
أن تحلّل تسجيلا متواصلا لتركيزي غازين، وأن تستخرج منه مظاهر التركيب الضوئيّ
أن تكتب المعادلة الإجمالية للتركيب الضوئيّ وأن تتحقّق من توازنها

🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:

أنّ اليخضور صبغة خضراء تحملها الصانعات الخضراء في خلايا الورقة
أنّ ماء اليود كاشف عن النشاء: يعطي معه لونا بنفسجيّا داكنا
أنّ النشاء مادّة عضوية تخزّن في النبات

قبل أن تبدأ، افهم المنطق الذي يقوم عليه الدرس كلّه: نحن لا نرى التركيب الضوئيّ، ولا نستطيع أن نراه. فما نفعله هو أن نبحث عن أثره، وهو النشاء، ثمّ نغيّر عاملا واحدا في كلّ تجربة ونترك الباقي على حاله. فإن اختفى الأثر عند إزالة عامل، كان ذلك العامل شرطا. ⛔ ولا يصحّ الاستنتاج إن غيّرنا عاملين معا: عندئذ لا نعرف أيّهما المسؤول.

النشاط 1: دور اليخضور في تركيب النشاء

نختبر الفرضيات واحدة واحدة، ونبدأ باليخضور. تعطي الوثيقة ⁦(1)⁩ ورقة خضراء كلّها وورقة مبرقشة تجتمع فيها مناطق خضراء ومناطق غير خضراء على النصل نفسه. وقد عُرّضت الورقة المبرقشة للضوء مدّة كافية ثمّ عوملت بتقنية تكشف عن الجزيئات العضوية، فظهرت النتيجة في منطقتيها.

💭الفرضيات: الضوء، اليخضور، ثنائي أكسيد الكربون، الماء

ورقة خضراء كلّها وورقة مبرقشة، ونتيجة الكشف بماء اليود: تلوّن بنفسجيّ في المنطقة الخضراء وحدها — الوثيقة ⁦(1)⁩: ورقة مبرقشة عُرّضت للضوء مدّة كافية ثمّ عوملت للكشف عن الجزيئات العضوية، ونتيجة الكشف في منطقتيها.

🎯التعليمة

لاحظ الفرق بين الورقتين، وحدّد العامل الذي يختلف من منطقة إلى أخرى في الورقة المبرقشة.
قارن نتيجة الكشف بماء اليود في المنطقة الخضراء وفي المنطقة غير الخضراء.
استخلص دور اليخضور في تركيب النشاء.

إظهار الإجابة

🔍التحليل

نلاحظ ونحدّد: الورقة الأولى خضراء كلّها، والثانية مبرقشة فيها مناطق خضراء ومناطق غير خضراء. والورقتان من النوع نفسه، وقد عُرّضتا للضوء نفسه وللمدّة نفسها. فالعامل الوحيد الذي يختلف من منطقة إلى أخرى داخل الورقة المبرقشة هو وجود اليخضور أو غيابه.
نقارن النتيجتين: المنطقة الخضراء تفاعلت مع ماء اليود فظهر فيها اللون البنفسجيّ، أي أنّها تحتوي على النشاء. أمّا المنطقة غير الخضراء فلم تتفاعل معه ولم تتلوّن، أي أنّها خالية من النشاء.
نستخلص الدور: النشاء تشكّل حيث وُجد اليخضور، ولم يتشكّل حيث غاب، والظروف الأخرى واحدة. فاليخضور شرط من شروط تركيب النشاء، أي شرط من شروط التركيب الضوئيّ.

الاستنتاج: لا يتشكّل النشاء إلّا في المناطق التي تحمل اليخضور من الورقة. فاليخضور شرط لازم لعملية التركيب الضوئيّ.

النشاط 2: دور الضوء في تركيب النشاء

بقي أن نختبر الفرضية الثانية: الضوء. تعطي الوثيقة ⁦(2)⁩ الغصن نفسه بورقتين، إحداهما معرّضة للضوء والأخرى محجوبة عنه بحاجز، وتتبع كلّ واحدة منهما على ثلاثة مستويات متتابعة: الورقة على الغصن، ثمّ نسيجها بالمجهر الضوئيّ، ثمّ صانعة خضراء واحدة بالمجهر الإلكترونيّ.

ثلاث مستويات ملاحظة لورقة معرّضة للضوء وورقة محجوبة عنه: الحبيبات الفاتحة داخل الصانعة الخضراء لا تظهر إلّا في الورقة المعرّضة للضوء — الوثيقة ⁦(2)⁩: ورقة معرّضة للضوء وورقة محجوبة عنه، ملاحظتان على ثلاثة مستويات — الغصن، والنسيج بالمجهر الضوئيّ، والصانعة الخضراء بالمجهر الإلكترونيّ.

🎯التعليمة

حدّد العامل الوحيد الذي يختلف بين الشكل 1 والشكل 2.
صف الفرق بين الصانعتين الخضراوين كما يظهر بالمجهر الإلكترونيّ.
استخلص دور الضوء في تركيب النشاء.

إظهار الإجابة

🔍التحليل

نحدّد العامل: الورقتان من الغصن نفسه، وتحملان اليخضور كلتاهما، وقد أُخذت العيّنة من الموضع نفسه. والفرق الوحيد أنّ الورقة الثانية غُطّيت بحاجز يحجب عنها الضوء. فالعامل الذي تغيّر هو الضوء وحده.
نصف الفرق: صانعة الورقة المعرّضة للضوء تحمل أكداسا من الصفائح شديدة السواد، وفي قطبها مساحتان فاتحتان مستديرتان كبيرتان. أمّا صانعة الورقة المحجوبة فصفائحها رفيعة شاحبة بلا أكداس، ولا أثر فيها لهاتين المساحتين.
نستخلص الدور: هاتان المساحتان الفاتحتان هما مخزون المادّة العضوية المتشكّلة، وهما لا تظهران إلّا في الورقة التي نالت الضوء، مع أنّ الورقتين تحملان اليخضور معا. فاليخضور وحده لا يكفي: الضوء شرط ثان لازم لتركيب النشاء.

الاستنتاج: لا يتمّ تركيب النشاء في الأوراق غير المعرّضة للضوء رغم احتوائها على اليخضور، ويتمّ في الأوراق المعرّضة له. فالضوء شرط ضروريّ للتركيب الضوئيّ، وأثره يُرى إلى داخل الصانعة الخضراء نفسها.

النشاط 3: مظاهر التركيب الضوئيّ

عرفنا الشرطين، وبقي أن نعرف بم تتجلّى العملية. تعطي الوثيقة ⁦(3)⁩ تركيبا تجريبيّا مدعّما بالحاسوب: أشنة خضراء في حوض، ومجسّتان تقيسان في كلّ لحظة تركيز ثنائي أكسيد الكربون وتركيز ثنائي الأكسجين، والتسجيل يبدأ في الضوء ثمّ ينتقل إلى الظلام.

تركيب تجريبيّ يقيس تركيزي ثنائي أكسيد الكربون وثنائي الأكسجين في وسط به أشنة خضراء، وتسجيل يبيّن انقلاب اتّجاه المنحنيين عند الانتقال من الضوء إلى الظلام — الوثيقة ⁦(3)⁩: تركيب تجريبيّ مدعّم بالحاسوب ⁦(EXAO)⁩، وتسجيل تركيزي ثنائي أكسيد الكربون وثنائي الأكسجين على أشنة خضراء في الضوء ثمّ في الظلام.

🎯التعليمة

حلّل تغيّر تركيز كلّ غاز خلال مرحلة الإضاءة.
حلّل تغيّرهما خلال مرحلة الظلام، وقارن بين المرحلتين.
استخلص مظاهر التركيب الضوئيّ.

إظهار الإجابة

🔍التحليل

نحلّل مرحلة الإضاءة: تركيز ثنائي أكسيد الكربون يتناقص باستمرار، وتركيز ثنائي الأكسجين يتزايد في الوقت نفسه. فالوسط يفقد غازا ويكسب آخر، والتغيّران متزامنان ومتعاكسان.
نحلّل مرحلة الظلام ونقارن: ينقلب الاتّجاهان معا عند إطفاء الضوء بالضبط، فيتزايد ثنائي أكسيد الكربون ويتناقص ثنائي الأكسجين. فالانقلاب لم يقع تدريجيّا ولا بعد حين، بل عند اللحظة التي تغيّر فيها العامل الوحيد وهو الضوء.
نستخلص المظاهر: ما دام الضوء مضاء، يستهلك النبات الأخضر ثنائي أكسيد الكربون ويطلق ثنائي الأكسجين. فهذان هما مظهرا التركيب الضوئيّ، وهما يتوقّفان بتوقّف الضوء، ممّا يؤكّد أنّ الضوء شرط للعملية لا نتيجة لها.

الاستنتاج: تتجلّى مظاهر التركيب الضوئيّ في استهلاك ثنائي أكسيد الكربون وانطلاق ثنائي الأكسجين، ولا يحدث ذلك إلّا في الضوء: فبمجرّد الانتقال إلى الظلام ينقلب المظهران معا.

التركيب الضوئيّ وشروطه

التركيب الضوئيّ آليّة تحوّل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية كامنة تخزّن في المادّة العضوية كالنشاء. فالنبات الأخضر لا يتغذّى بالمادّة العضوية الجاهزة: هو يصنعها بنفسه انطلاقا من مادّة معدنية، ويأخذ الطاقة اللازمة لذلك من الضوء.

وقد بيّنت التجارب أنّ هذه العملية تتطلّب شرطين اثنين معا. أوّلهما اليخضور: لا يتشكّل النشاء في المناطق التي تخلو منه من الورقة، ولو نالت الضوء نفسه. وثانيهما الضوء: لا يتشكّل النشاء في ورقة حُجب عنها الضوء، ولو كانت مملوءة باليخضور. فكلّ واحد من الشرطين لازم، ولا يغني أحدهما عن الآخر.

وموضع العملية هو الصانعة الخضراء، وهي العضيّ الذي يحمل اليخضور. وفيها يُرى أثر الشرطين مباشرة: فالصانعة التي نالت الضوء تحمل داخلها حبيبات مدّخرة غائبة تماما من الصانعة التي حُجب عنها. فالنتيجة التي قرأناها على الورقة كلّها تُقرأ كذلك داخل عضيّ واحد.

مظاهر التركيب الضوئيّ ومعادلته

تتجلّى مظاهر التركيب الضوئيّ في تبادل غازيّ مزدوج: استهلاك ثنائي أكسيد الكربون وانطلاق ثنائي الأكسجين. والمتابعة المتواصلة للتركيزين تبيّن أنّ المظهرين مرتبطان بالضوء ارتباطا مباشرا، إذ ينقلبان معا بمجرّد الانتقال إلى الظلام.

ويلخّص هذا كلّه في معادلة واحدة: يأخذ النبات ثنائي أكسيد الكربون والماء، وهما مادّتان معدنيّتان فقيرتان بالطاقة، فيعطي بفضل الطاقة الضوئية سكّرا غنيّا بالطاقة ويحرّر ثنائي الأكسجين.

المعادلة الإجمالية للتركيب الضوئيّ (بوجود الضوء واليخضور)

6 CO₂ + 12 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

وتُقرأ هذه المعادلة على مستويين. فمن حيث المادّة هي حصيلة: معدنيّ يدخل وعضويّ يخرج. ومن حيث الطاقة هي تحويل: طاقة ضوئية تدخل فتخرج مخزّنة في روابط الجزيء العضويّ، حيث تبقى كامنة إلى أن يستعملها الكائن الحيّ.

لا تخلط بين الشرط والمظهر: الشرط ما لا تقع العملية بدونه، وهو هنا الضوء واليخضور؛ والمظهر ما نلاحظه إذا وقعت، وهو هنا استهلاك ثنائي أكسيد الكربون وانطلاق ثنائي الأكسجين وتشكّل النشاء. وحين تُسأل، افصل بين القائمتين: خلطهما هو الخطأ الأكثر تكرارا في هذا الدرس.

مخطّط حصيلة يجمع شرطي التركيب الضوئيّ ومظاهره: مادّة معدنية تدخل الصانعة الخضراء بفضل الطاقة الضوئية واليخضور، فتخرج منها مادّة عضوية وثنائي الأكسجين — حصيلة الدرس: شروط التركيب الضوئيّ ومظاهره، من المادّة المعدنية إلى المادّة العضوية.

سؤال هذا الدرس في البكالوريا يعطيك تجربة لم ترها ويسألك عن الشرط الذي تبرهن عليه. اشتغل في ثلاث خطوات: ما العامل الوحيد الذي اختلف بين الشاهد والتجربة، ثمّ ما النتيجة المسجّلة، ثمّ الاستنتاج. ⛔ وانتبه للفخّ المتكرّر: إن اختلف عاملان بين تركيبين، فالتجربة لا تسمح باستنتاج أيّ شرط، وقول ذلك هو الإجابة الصحيحة.

عند المراجعة، ارسم من الذاكرة جدولا من عمودين: «الشروط» و«المظاهر»، وضع في كلّ عمود عناصره. ثمّ اكتب المعادلة الإجمالية وتحقّق بنفسك من عدد ذرّات الكربون والهيدروجين والأكسجين في طرفيها. إن تساوت الأعداد في الطرفين فقد كتبتها صحيحة.

الخلاصة: التركيب الضوئيّ آليّة تحوّل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية كامنة تخزّن في المادّة العضوية كالنشاء. ويتطلّب شرطين لا يغني أحدهما عن الآخر: الضوء واليخضور. وتتجلّى مظاهره في استهلاك ثنائي أكسيد الكربون وانطلاق ثنائي الأكسجين، ويتوقّف كلّ ذلك بتوقّف الإضاءة.

Page 1/6