Fotossíntese e decomposição pela luz
Numa tarde de verão na praia de Carcavelos, a Mariana deixou o frasco de água oxigenada ao sol e reparou que a mãe o guarda sempre num armário, num frasco escuro. Porque será que a luz tem tanta importância? E porque é que uma planta, à sombra, deixa de crescer? Neste apartado vais ver que a luz não serve só para iluminar: pode ser a fonte de energia que faz uma reação acontecer.
O que é uma reação fotoquímica
Quando a luz solar atinge uma substância, os fotões transportam energia. Se essa energia for absorvida pelos reagentes, pode ser suficiente para quebrar ligações e iniciar uma transformação química.
Há reações que dependem da luz para ocorrer (como a fotossíntese e a decomposição do AgCl) e outras que também ocorrem sem luz, mas muito mais devagar (como a decomposição da água oxigenada). Em ambos os casos, a luz fornece energia aos reagentes.
Decomposição pela luz: AgCl e água oxigenada
O cloreto de prata é um sólido branco. Exposto à luz, escurece porque se decompõe em prata metálica (que, em pequenos grãos, é escura) e cloro gasoso:
$$2\ \text{AgCl (s)} \rightarrow 2\ \text{Ag (s)} + \text{Cl}_2\ \text{(g)}$$Este escurecimento foi a base da fotografia analógica: as zonas do filme que recebiam mais luz ficavam mais escuras. Na atividade laboratorial, expões duas amostras de AgCl, uma à luz e outra no escuro, e comparas a cor ao fim de algum tempo.
A água oxigenada (solução aquosa de peróxido de hidrogénio) decompõe-se em água e oxigénio:
$$2\ \text{H}_2\text{O}_2\ \text{(aq)} \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O (l)} + \text{O}_2\ \text{(g)}$$A luz acelera esta decomposição. Por isso, a água oxigenada vende-se em frascos escuros e opacos: ao impedir a passagem da luz, o frasco conserva a solução durante mais tempo.
A luz pode provocar ou acelerar reações químicas. Dois exemplos do quotidiano: o cloreto de prata, branco, escurece quando exposto à luz, decompondo-se segundo…
A luz pode provocar ou acelerar reações químicas. Dois exemplos do quotidiano:
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o cloreto de prata, branco, escurece quando exposto à luz, decompondo-se segundo $2\ \text{AgCl}\ \text{(s)} \rightarrow 2\ \text{Ag}\ \text{(s)} + \text{Cl}_2\ \text{(g)}$ — é o princípio da fotografia analógica;
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a água oxigenada (solução de peróxido de hidrogénio) vende-se em frascos de plástico escuro e opacos, porque se decompõe mais depressa sob a ação da luz: $2\ \text{H}_2\text{O}_2\ \text{(aq)} \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}\ \text{(l)} + \text{O}_2\ \text{(g)}$.
- a) Explica o papel da luz nestas duas reações.
- b) Justifica a escolha de frascos escuros e opacos para guardar a água oxigenada na farmácia e em casa.
- c) Indica outra situação do quotidiano em que um produto é protegido da luz (ou em que a luz é usada para provocar uma transformação) e explica-a.
Fotossíntese: a luz que alimenta a vida
A fotossíntese ocorre nas células das plantas verdes, das algas e de algumas bactérias. Resume-se na equação:
$$6\ \text{CO}_2\ \text{(g)} + 6\ \text{H}_2\text{O (l)} + \text{energia radiativa} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\ \text{(aq)} + 6\ \text{O}_2\ \text{(g)}$$-
A fonte de energia é a luz solar, absorvida pela clorofila.
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É uma reação fotoquímica, porque depende da absorção de luz.
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É uma reação endotérmica: a energia dos produtos (glucose e oxigénio) é superior à dos reagentes; a diferença é a energia radiativa absorvida e armazenada sob a forma de energia química.
Importância da fotossíntese:
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A glucose produzida é a base da alimentação das plantas e, direta ou indiretamente, dos animais: é a «porta de entrada» da energia nas cadeias alimentares.
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Liberta oxigénio, que passou a fazer parte da atmosfera e é essencial à respiração.
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Consome dióxido de carbono, um gás com efeito de estufa.
As plantas verdes realizam a fotossíntese, que se pode resumir na equação…
As plantas verdes realizam a fotossíntese, que se pode resumir na equação
$6\ \text{CO}_2\ \text{(g)} + 6\ \text{H}_2\text{O}\ \text{(l)} + \text{energia radiativa} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\ \text{(aq)} + 6\ \text{O}_2\ \text{(g)}$
- a) Indica a fonte da energia radiativa que torna esta reação possível.
- b) Justifica a classificação da fotossíntese como reação fotoquímica e como processo endotérmico.
- c) Explica a importância da fotossíntese para as cadeias alimentares e para a composição da atmosfera.
ΔH e a energia necessária
Como a fotossíntese é endotérmica, a variação de entalpia é positiva: $\Delta H > 0$. Para a glucose, $\Delta H = +2803\ \text{kJ}$ por mole de glucose formada. Isto significa que, para formar 1 mol de glucose, o sistema tem de absorver pelo menos 2803 kJ de energia radiativa.
Na fotossíntese, a produção de glucose a partir de dióxido de carbono e água apresenta $\Delta H = +2803\ \text{kJ}$ por mol de glucose ($M = 180\ \text{g/mol}$). a)…
Na fotossíntese, a produção de glucose a partir de dióxido de carbono e água apresenta $\Delta H = +2803\ \text{kJ}$ por mol de glucose ($M = 180\ \text{g/mol}$).
- a) Interpreta o sinal de $\Delta H$ e relaciona-o com a necessidade de radiação solar para a reação ocorrer.
- b) Calcula a energia radiativa mínima que uma planta tem de absorver para produzir $90\ \text{g}$ de glucose.
- c) A energia química armazenada na glucose é depois aproveitada pelos animais quando se alimentam. Explica por que se diz que a fotossíntese é a «porta de entrada» da energia nas cadeias alimentares.
De volta ao início: a água oxigenada guarda-se em frascos escuros porque a luz fornece a energia que acelera a sua decomposição, e a planta à sombra deixa de crescer porque a fotossíntese, sendo endotérmica, precisa de luz como fonte de energia.
Em resumo
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Uma reação fotoquímica depende da absorção de energia radiativa (luz), que é a fonte de energia da reação.
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O AgCl decompõe-se com a luz em Ag e Cl₂ (princípio da fotografia analógica); a água oxigenada decompõe-se mais depressa com luz, por isso se guarda em frascos escuros.
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A fotossíntese é fotoquímica e endotérmica ($\Delta H > 0$): armazena energia solar na glucose e liberta oxigénio.
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Para formar 1 mol de glucose, são necessários pelo menos $2803\ \text{kJ}$ de energia radiativa; usa $n = m/M$ e proporcionalidade.
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A fotossíntese é a «porta de entrada» da energia nas cadeias alimentares.