5.4.1: Biología- El modelo de onda para luz y electrones

Señalamos que la luz, el color y la fotoquímica deben su existencia a la estructura electrónica de los átomos. Puede que no sea sorprendente, por lo tanto, que el mismo modelo de onda/partícula que se utiliza para la luz se pueda aplicar a la estructura electrónica, y que podamos obtener una idea de la energía involucrada en la fotosíntesis estudiando la luz que se absorbe. Veamos cómo se desarrolló este modelo de onda, y revisemos el modelo de onda.

Energía para la Fotosíntesis

No toda la luz es efectiva para permitir que las plantas realicen la fotosíntesis. Las plantas generalmente absorben luz aproximadamente en la misma región que es visible para el ojo humano (350 - 700 nm). Las longitudes de onda más cortas son absorbidas por la capa de ozono, o si la atraviesan, tienen suficiente energía para causar daño celular. Las longitudes de onda más largas no proporcionan suficiente energía para la fotosíntesis.

Ejemplo\(\PageIndex{2}\): Energy of Photons

Aquí se muestra el espectro de absorbancia de algunas biomoléculas involucradas en la fotosíntesis.

 

Se presentan dos gráficas. Una es la tasa de fotosíntesis en porcentaje frente a la longitud de onda en nanómetros. Esta gráfica tiene sólo una curva con múltiples altibajos. La tasa de absorción en porcentaje también se muestra contra la longitud de onda en nanómetros. Se muestra el espectro de absorción de clorofila b, clorofila a y carotenoides. Cada curva también tiene múltiples subidas y bajadas.

Figura Espectro de Acción\(\PageIndex{7}\) Fotosintética ^[2]

Tenga en cuenta que la “clorofila a” absorbe fuertemente en el rojo a ~680 nm y en el azul a ~440 nm. La fotosíntesis no puede ocurrir en plantas irradiadas con luz en la región amarilla (570-590 nm), porque no se absorbe, por brillante que sea. ¿Cuál es la energía de los fotones con una longitud de onda de 440 nm?

Solución:

\(\text{E} = \text {h} \times \nu =\frac{\text{h}\times\text{c}}{\lambda}\)

\( \text{E} = [(6.626 \times 10^{-34} \text{ J s} )(3 \times 10^{8})] / 440 \times 10^{-9} \times m = 4.52 \times 10^{-19} \text{J}\)

La energía suministrada por cada fotón de 680 nm de luz es de 2.92 x 10 ^-19 J, y la de 580 nm de luz es de 3.43 x 10 ^-19 J. Aunque se encuentra entre las energías de los dos fotones que provocan la fotosíntesis, es completamente ineficaz, por brillante que sea (cuántos fotones por segundo).

A principios del siglo XX Frederick Frost Blackman y Gabrielle Matthaei</ref> <rf>en.wikipedia.org/wiki/Fotosíntesis encontraron que a temperatura constante, la tasa de asimilación de carbono varía con la intensidad de la luz, aumentando inicialmente a medida que aumenta la intensidad. ¿Cómo se puede constar esto con que la energía de la luz esté relacionada solo con su frecuencia o longitud de onda?

La paradoja se resuelve señalando que la intensidad es el número de fotones por segundo. Si un fotón tiene suficiente energía para iniciar la fotosíntesis en una molécula de clorofila, entonces muchos fotones provocarán más fotosíntesis. Pero si los fotones fueran de 580 nm de luz, no tendrían ningún efecto, sin importar cuál sea su intensidad.

Algunos botánicos afirman que la luz azul a 440 nm es más efectiva para promover el crecimiento de las hojas a través de la fotosíntesis, mientras que la luz roja alrededor de 680 nm es más efectiva para causar floración ^[3].

Referencias

1. ↑ es.wikipedia.org/wiki/Wavelenght
2. ↑ es.wikipedia.org/wiki/Fotosíntesis
3. ↑ es.wikipedia.org/wiki/fotosy... tive_radiation