EUSOit V Gara Nazionale nazionale-testo.pdf · Un rudimentale banco ottico montato con componenti LEGO favorisce l'allineamento dei dispositivi. Vedere la ... costruire un grafico

Associazione per

l'Insegnamento della Fisica

EUSOit

V Gara

Nazionale

Prova per la Certificazione delle Eccellenze e

Selezione della Squadra Italiana EUSO

Alghe alla luce del Sole:

la fonte dell'Ossigeno

TEMPO A DISPOSIZIONE: 4 ORE E 1/2

Padova, 23 febbraio 2016

EUSOit 2016 V Gara nazionale Padova, 23/2/2016

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Istruzioni

Mentre lavori in laboratorio indossa camice e occhiali protettivi . È assolutamente proibito bere o mangiare all’interno del laboratorio.

Hai a disposizione dei guanti che dovrai indossare quando maneggi le sostanze chimiche. Fai particolare attenzione nel manipolare gli acidi.

Quando avrai finito dovrai consegnare i fogli delle risposte e tutti i fogli di carta che hai usato per scrivere, anche quelli di brutta copia.

Su tutti i fogli deve essere riportato il nome della tua scuola.

Tutti i risultati dovranno essere riportati nel foglio risposte del tuo gruppo.

Attenzione! Solo quello che avrai scritto sul foglio risposte vale per la valutazione.

Potete organizzare e distribuire il lavoro fra i diversi membri del gruppo nel modo e nell’ordine che vi pare più opportuno.

Leggendo il testo individua le informazioni che ti servono per condurre le attività e dare le risposte alle domande. Tieni sempre conto del tempo che hai

a disposizione.

Quando hai finito lascia tutto sul tavolo: non sei autorizzato a portare con te

nulla di ciò che hai trovato in laboratorio.

EUSO 2016 V Gara Nazionale Padova, 23/2/2016

1. La luce che riceviamo.

La temperatura alla superficie del Sole è di circa 6000 K, quella media sulla Terra si aggira intorno ai 288 K,su Mercurio invece, nella zona equatoriale e col Sole allo zenit si raggiungono i 700 K. Sono diversi i fattoriche condizionano la temperatura media dei pianeti del sistema solare ma predomina la dipendenza dellatemperatura dalla distanza media del pianeta dal Sole. Solamente la Terra presenta condizioni ottimali per lavita che conosciamo, così che l'acqua si trova prevalentemente allo stato liquido e quasi ovunque puòavvenire la fotosintesi clorofilliana. La radianza media solare, cioè l'energia radiante emessa dal Sole in unsecondo da un metro quadro della sua superficie, è di 20.09 MW/m2. La Terra però, ad una distanza mediadal Sole di 149600000 km, riceve un'energia di “solamente” 1.366 kW/m2. Poiché nel seguito cioccuperemo di energia dovuta a radiazione luminosa nella banda del visibile chiameremo, come si usa infotometria, illuminamento, l'energia luminosa ricevuta in un secondo dalla superficie unitaria.

Scopo di questa prima parte del lavoro sarà di trovare una relazione fra l'illuminamento in un punto e ladistanza di esso da una sorgente luminosa. Per misurare l'illuminamento userai un sensore costituito da unfotodiodo racchiuso in un cilindro di plastica. La parte sensibile del fotodiodo è posta dietro ad una base delcilindro fatta di materiale trasparente. Il sensore è collegato ad un convertitore analogico digitale che forniràmisure di illuminamento in mW/cm2.

In illuminotecnica si usa per l'illuminamento la misura in “lux”; essa rappresenta il rapporto fra il flusso diluce visibile che incide su una superficie, misurato in lumen, e l'area della superficie. Si intende che il flussoluminoso proveniente dalla sorgente va considerato costante nelle diverse direzioni, altrimenti la definizionesi riferisce all'illuminamento medio.

La sorgente luminosa, che considereremo puntiforme, è un LED inserito in una lampada a torcia.

Il fotodiodo non è puntiforme e risponde con un illuminamento massimo quando l'asse del cilindro che locontiene è perfettamente allineato con l'asse del cono di luce prodotto dalla sorgente luminosa. Unrudimentale banco ottico montato con componenti LEGO favorisce l'allineamento dei dispositivi. Vedere laseguente figura.

Gli elementi LEGO sono minuscoli ed è necessario fare attenzione a non disperderli.

Controlla i seguenti materiali a tua disposizione senza smontare la struttura LEGO esistente

• LEGO N° 7 basi lunghe circa 12 cm

• LEGO N° 6 cornici per connessione delle basi

• LEGO N° 8 mattoncini grigi con 1 foro inclinati di 45°

• LEGO N° 4 mattoncini con 2 fori inclinati di 45°

• LEGO N° 2 ponticelli

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• LEGO N° 4 piccoli spessori con un singolo foro

• LEGO N° 2 mattoncini bianchi inclinati di 18°

• Riga millimetrata di 60 cm

• Righello

• Patafix

• Nastro adesivo da imbianchino (a disposizione sul tavolo comune)

• forbici

• Lampada a torcia Energizer con LED (può essere una stylo oppure una lampada con intensitàluminosa 9 lumen. Durante le operazioni, se la tua lampada ha 9 lumen, dovrai svitare la partefrontale in modo da mettere in vista il LED che così si comporta abbastanza bene come sorgentepuntiforme)

• Sensore di luce con CBL per l'acquisizione e la visualizzazione dei dati. Il CBL Calculator BasedLaboratory, è un convertitore di dati da analogici a digitali. Per metterlo in funzione vedi le istruzioniscritte più avanti

• Goniometro di carta e struttura in legno girevole con fotoresistore

• N° 2 basi di legno

• Multimetro digitale con cavetti per collegamenti con coccodrilli ad un estremo

• Carta millimetrata

• Foglio di carta bianca

Istruzioni per l'uso dello strumento di acquisizione dati.

Lo strumento CBL è consegnato già collegato al sensore. Se per errore è stato scollegato chiedi all'assistentedi effettuare il collegamento. Con lo strumento spento e il sensore collegato premi delicatamente sul pulsanteon/off e, successivamente, sul pulsante MODE: lo strumento indica la misura dell'illuminamento (misuratoin mW/cm2) nel punto in cui si trova il fotodiodo, dietro alla finestra attiva del sensore. Per spegnere, pigia iltasto 2nd e successivamente quello on/off.

Attenzione: per ogni operazione con il CBL i tasti devono essere premuti a lungo esercitando unaleggera pressione

1.1 Misure dell'illuminamento in funzione della distanza.

Disponi il sensore in modo che stia ben fermo sotto ai due archi: vedi la precedente figura. Se necessarioutilizza gli spessori di gommapiuma che hai a disposizione.

Se disponi di una torcia con 9 lumen svita con prudenza la parte frontale della lampada. Disponi la torciasui sostegni forniti dai mattoncini inclinati.

Misura la distanza r1 fra il fotodiodo del sensore e la lampadina. La distanza non deve essere minore di 5 cm.

Riporta il valore di r1 nella colonna r della tabella TAB1.1 sul Fascicolo Risposte.

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Senza accendere la lampada avvia il CBL e scrivi il valore dell'illuminamento di fondo dovuto alla luceambientale, E0, sul Fascicolo Risposte. Accendi la lampada e misura l'illuminamento e1 registrato per ladistanza r1. Può essere necessario attendere anche 1 minuto che la misura si stabilizzi; se ciò non avvieneaumenta il valore di r1. Riporta il valore di e1 nella colonna e della tabella TAB1.1 sul Fascicolo Risposte.

Modifica più volte la distanza r e misura il corrispondente valore di e. Dovrai raccogliere abbastanza dati percostruire un grafico significativo. Ricordati di riportare le unità di misura.

L'illuminamento registrato dal sensore è dovuto anche alla luce ambientale di fondo. Poiché siamo interessatisolamente all'effetto dovuto alla lampada sottrarrai il valore di E0 ai valori misurati per e: riporta i risultatinella colonna E=e−E0 della tabella TAB1.1 sul Fascicolo Risposte.

Si suggerisce che la dipendenza dell'illuminamento E dalla distanza r possa essere E=I

r n con n=1,2 ,3.

a) E=Ir

oppure b) E=I

r 2oppure c) E=

I

r 3

Dopo avere scelto il valore di n che giudichi più adeguato ai tuoi dati riporta nella tabella TAB1.1 i valori di1

rn . Traccia il grafico che rappresenta la dipendenza da

1

rndell'illuminamento dovuto alla lampada e

determina il valore della costante I. Mostra il procedimento seguito per farlo. Non dimenticare di scriverel'unità di misura di I.

Stima l'incertezza con cui hai determinato il valore di I. Mostra il procedimento seguito per farlo.

Rispondi alle domande 1.1.4 e 1.1.5 sul Fascicolo Risposte.

1.2 dipendenza dell'illuminamento dall'angolo con cui la luce incide sulla superficie

Abbiamo evidenza che fin dai tempi più remoti era viva l'attenzione dell'uomo per laconnessione fra la potenza luminosa ricevuta sulla Terra e l' angolo formato dalla lucedel Sole con la superficie terrestre in un certo luogo ed in un certo istante. Famosimonumenti preistorici sono riferibili alla posizione del Sole all'alba nei solstizi enegli equinozi: questi eventi sono infatti riconosciuti come segni crucialidell'importanza che assume la variazione stagionale dell'angolo della luce solare neiprocessi fondamentali per la vita.

L'osservazione suggerisce che l'intensità di illuminamento varia variando l'angolo αformato dalla normale ad una superficie con l'asse del cono luminoso di una sorgentepuntiforme: e ciò anche quando si badi a controllare altri parametri, come l'intensitàluminosa della sorgente o la distanza da essa. Si osserva anche che la massimaintensità di illuminamento si ha in condizioni di allineamento di sorgente luminosapuntiforme e normale alla superficie ricevente nel punto che ci interessa, cioè quando l'angolo α è nullo.

Per indagare la variazione dell'illuminamento in funzione dell'angolo α userai la piattaforma multiplarotante e la superficie sensibile sarà quella del fotoresistore già fissata all'apice della piattaforma. Faiattenzione manipolandolo a non spostare o danneggiare il fotoresistore la cui superficie sensibile deveessere verticale e stare sull'asse di rotazione della piattaforma.

Strumento per posizionare la fotoresistenza (vedi foto nella prossima pagina)

Lo strumento consiste di cinque pezzi fra di loro connessi, indicati in figura con A, B, C, D ed E. Sullasommità di A è fissato con nastro da imbianchino il fotoresistore.

Regolazione angolare: la piattaforma D può ruotare su un piano orizzontale tra l'angolo 140° e 40°,passando per la perpendicolare alla superficie in cui è fissato l'indice dove l'angolo è indicato 90°. Tutto

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il blocco CBA ruota solidalmente a D. Anche il piano su cui è fissata la fotoresistenza ruoterà dellostesso angolo sul piano orizzontale.

Regolazione in altezza: se invece ruotiamo la piattaforma C, tenendo contemporaneamente ferme lepiattaforme D ed E, CBA ad ogni giro si sollevanodi 1 millimetro. Anche la fotoresistenza si solleveràdi 1mm. L'innalzamento massimo è di 15 mm

Accorgimenti: fissa con del nastro adesivo i filidella fotoresitenza sulla superficie superiore di A eil piano della fotoresistenza sulla superficiefrontale. Il centro della fotoresistenza si devetrovare sopra il centro di rotazione che è indicatodal centro della testa del bullone sottostante. Condel nastro adesivo fissa A a B.

Per determinare e mantenere la posizionescelta per lo strumento durante le misuresegna, con una matita, sulla superficie fissa sucui appoggia E, il suo perimetro.

Misure dell'illuminamento in funzione dell'angolo

Dovrai allineare il fotoresistore fissato alla piattaforma con la lampadina al cripton della torcia che hai usatoprecedentemente. La distanza r fra la sorgente luminosa e la faccia sensibile del fotoresistore sarà di circa 8cm. Per disporre la lampada usa una base LEGO e i mattoncini di appoggio che ti sono serviti per le misureprecedenti, per regolare l'altezza usa altre basi LEGO ed i blocchi di legno. Fissa col patafix un foglio dicarta bianca al tavolo e mettici sopra la piattaforma. Trova quindi la posizione migliore per la piattaforma e ilfotoresistore. Segna con la penna sul foglio di carta il contorno della base E della piattaforma: ti servirà comeriferimento per mantenere la piattaforma sempre nella posizione ottimale. Controlla il tuo valore di r eriportalo sul Fascicolo Risposte.

Rispondi alla domanda 1.2.2 sul Fascicolo Risposte.

Il fotoresistore che usi è fatto di solfuro di cadmio ed ha la particolarità di avere una resistenza chediminuisce quando aumenta l'illuminamento della sua faccia sensibile, quella su cui si scorge una serpentina.Per poter ottenere la misura dell'illuminamento dovrai misurare col multimetro la resistenza del fotoresistore.

Per misurare la resistenza col multimetro: le operazioni preparatorie vanno fatte a multimetro spento.Anzitutto devi regolare il multimetro disponendo l'indicatore di selezione nel settore contrassegnato con Ωe con 20 MΩ di fondo scala. Prendi uno dei cavetti con un terminale a coccodrillo e inserisci il terminalecavo nella posizione contrassegnata con COM; inserisci lo stesso terminale del secondo cavetto nellaposizione contrassegnata con VΩ . Collega i due terminali a coccodrillo ai due piedini del fotoresistore.Fai in modo che non si tocchino!! Ora accendi il multimetro pigiando il tasto contrassegnato conPOWER: il fotoresistore richiede un certo tempo per raggiungere una resistenza stabile: aspetta circa 30secondi e leggi il valore della resistenza. Se il valore è inferiore a 2 MΩ puoi spostare l'indicatore diselezione sulla posizione che indica 2 MΩ di fondo scala. Se poi il valore della resistenza fosse inferiore a200 kΩ puoi selezionare un fondo scala di 200 kΩ e, se fosse inferiore a 20 kΩ seleziona il fondo scaladi 20 kΩ.. Ricorda che il fondo scala appropriato ti consente misure più precise ma ricorda anche che unfondo scala inadeguato può danneggiare lo strumento.

Ora puoi prendere le misure della resistenza R presentata dal fotoresistore per diversi valori dell'angolo α.L'angolo è misurato rispetto alla posizione in cui l'illuminamento è massimo. Raccogli abbastanza dati entrol'arco di rotazione della base D in modo da poter avere un'idea di come varia la resistenza R, e con essal'illuminamento. Riporta i valori che hai raccolto nella tabella TAB 1.2 del Fascicolo Risposte.

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A

C

B

D

E


La resistenza presentata dal tuo fotoresistore, misurata in kΩ, è legata all'illuminamento misurato in lux dauna relazione caratteristica rappresentata dalla curva di calibrazione che trovi in fondo al testo. Usa la curvaper determinare la misura dell'illuminamento e corrispondente alle tue misure di resistenza. Riporta i valoriche hai calcolato nella tabella TAB 1.2 del Fascicolo Risposte. Può interessarti sapere, ma non serve ai finidi questo lavoro, che 1 mW/cm 2≈6849 lux . 1

Come già hai fatto prima, dovrai correggere i valori trovati sottraendo all'illuminamento misurato, e, quellodovuto alla luce di fondo, Efondo. Misura la resistenza Rfondo presentata dal fotoresistore quando la lampada èspenta, nelle diverse posizioni dell'angolo α. Usa il grafico con la curva di calibrazione per trovare icorrispondenti valori dell'illuminamento Efondo. Riporta i valori che hai raccolto nella tabella TAB 1.2 delFascicolo Risposte.

Calcola l'illuminamento E dovuto alla sola lampada supponendo che esso sia dato dalla differenza fra quellomisurato e l'illuminamento rilevato a lampada spenta.

Traccia il grafico 2.1 dell'illuminamento dovuto alla lampada in funzione dell'angolo fra la luce incidente e lanormale alla superficie illuminata.

Si suggerisce che la dipendenza dell'illuminamento E dall'angolo α possa essere

A) E=E max⋅sinα ; B) E=Emax⋅cosα ; C) E=Emax

cosα ; D) E=

E max

sinα ;

dove Emax è una opportuna costante, indipendente dal valore di α.

Spiega, sul Fascicolo Risposte, quale di queste opzioni potresti scegliere, in base alle tue osservazioni e alletue conoscenze teoriche, e perché scarti le altre. Se lo ritieni necessario puoi aggiungere un foglio concalcoli o grafici.

Rispondi alle domande 1.2.3 e 1.2.4 sul Fascicolo Risposte.

1 La formula che consente di ricavare l'illuminamento una volta che sia nota la resistenza presentata dal foto resistore

è: II 0

=(RR0

)−γ

dove I0 e R0 sono una coppia corrispondente di valori di illuminamento e resistenza e γ è una

costante che dipende dal foto resistore usato. Nella prova assegnata agli studenti sono stati distribuiti i grafici dellafunzione in diversi domini.

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2. Alghe alla luce del sole

Le alghe sono microrganismi simili alle piante, che trasformano la luce solare in energia chimica. Pur essendo di piccole dimensioni, le alghe sono molto abbondanti e tutte insieme producono circa tre quarti dell'ossigeno presente nell'atmosfera. Con le attività seguenti cercherai di valutare quanto ossigeno possono fornire le cellule di un’alga verde (Chlorella sp) quando sono illuminate da una sorgente luminosa.

Come controllare il numero di cellule usate nell'esperimento? Nell’attività 2.0 dovrai immobilizzare le cellule di Chlorella in un gel di alginato.

Le alghe unicellulari, benché immobilizzate nelle microcapsule, eseguono ancora le reazioni della fotosintesi clorofilliana. Nell’attività 2.1 dovrai misurare come varia il pH di una soluzione di bicarbonato in funzione della distanza dalla sorgente luminosa.

Elaborando i dati della variazione di pH indotta dalla luce (Attività 2.2) e contando al microscopio quante cellule sono presenti in una microcapsula (Attività 2.3) potrai infine ottenere una stima del tasso di fotosintesi, cioè della produzione di ossigeno, in questo sistema biologico.

Attrezzatura e materiale:

ATTIVITÀ ALGHE • Chlorella sp in terreno di coltura

(tubo da 15 mL, etichetta “Alghe”) • Becher da 50 mL con soluzione 2% di sodio alginato

(Etichetta “NaAlg”) • 100 mL soluzione 0,15 M di CaCl2, in bottiglia

(cloruro di calcio) • 1 mL soluzione 50 mM di NaHCO3, in eppendorf

(bicarbonato di sodio) • Tubo in plastica da 50 mL • 5 mL soluzione 0,5 M di EDTA, in tubo da 15 mL • Becher in vetro da 250 mL • Siringa da 10 mL, con puntale • Capsula Petri in plastica • 5x bottigliette con tappo • Colino da tè • Lampada a led, fissata al bancone

DOTAZIONE BANCONE • Pipette da 10 ml, con pipettatore • Pipette Pasteur di plastica • Spruzzetta con acqua deionizzata • Foglio di alluminio • Bacchetta in vetro • Cucchiaino in plastica • Spatola di metallo • Portaprovette • Contenitore per rifiuti • Pennarello • Cronometro

ATTIVITÀ MICROSCOPIA • 1 camera contacellule (citometro) • Vetrini coprioggetto • Microscopio

IN COMUNE NEL LABORATORIO ! Rotoli di carta assorbente


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Attività 2.0: Preparazione di alghe immobilizzate

L'acido alginico è un polisaccaride che si estrae dalle alghe brune. In soluzione l’alginato di sodio è molto viscoso: se si aggiungono ioni calcio, che legano in modo non covalente le catene adiacenti di alginato, si crea un gel semi solido. Le cellule hanno grandi dimensioni e restano intrappolate in questo gel, mentre le molecole più piccole possono diffondere facilmente nella soluzione circostante.

Procedimento

1. Versa 100 mL di cloruro di calcio 0,15 M nel becher da 250 mL.

2. Risospendi molto bene le cellule di alghe in coltura, invertendo il tubo parecchie volte.

3. Versa le cellule di alghe nel becher da 50 mL con la soluzione di sodio alginato: otterrai 6 – 7 mL di una

miscela contenente volumi uguali di alghe e alginato.

4. Mescola bene la miscela con la bacchetta di vetro, evitando di formare bolle d’aria: devi ottenere una

distribuzione omogenea delle cellule nella soluzione di alginato.

Segui attentamente le prossime istruzioni: se fallisci la prova, puoi chiedere ancora

alghe o alginato, ma riceverai una penalità di 5 punti!

5. Fatti aiutare da un compagno, che dovrà tenere la siringa sopra il becher con

la soluzione di calcio cloruro, come mostrato nel disegno di Figura 2.1.

6. Versa la miscela di alghe e sodio alginato all’interno della siringa: essa cadrà

nella soluzione di CaCl2 lentamente, goccia dopo goccia. Vedrai formarsi

delle piccole capsule verdi, che galleggiano in soluzione.

7. Continua a creare microcapsule finché esaurisci tutta la miscela: evita di

colpire altre capsule e cerca la distanza ottimale dalla superficie del liquido

(circa 5 – 10 centimetri) per ottenere sfere di forma regolare.

8. Lascia le microcapsule nella soluzione di CaCl2 almeno per altri 10 minuti.

Figura 2.1: Schema per formare le microcapsule. →

9. Dopo 10 minuti versa le capsule nel colino da tè e lavale

bene con acqua distillata. Esegui queste azioni sopra il

contenitore per rifiuti, come mostrato in Figura 2.2.

10. Conserva le microcapsule in una piastra Petri e aggiungi

acqua distillata fino a ricoprirle. Mantieni le capsule in

acqua fino a quando non sei pronto per l’attività 2.1.

Figura 2.2: Schema per lavare le microcapsule. →


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Attività 2.1: Stimolare la fotosintesi nelle alghe immobilizzate

Le cellule dell’alga verde Chlorella sp. possiedono cloroplasti che contengono i pigmenti fotosintetici (clorofilla a e b). Quando sono esposte alla luce solare, le alghe verdi sfruttano la fotosintesi per produrre gli zuccheri di cui hanno bisogno, esattamente come fanno le piante. Illuminando le microcapsule di alghe, si stimola la fotosintesi e di conseguenza la produzione di ossigeno. Ciò causa una variazione di pH nella soluzione di bicarbonato, che dovrai misurare con l’aiuto del tuo collega chimico (vedi Parte 3).

Foglio Risposte 2.1.1-A: Scrivi l’equazione chimica per la fotosintesi clorofilliana.

Foglio Risposte 2.1.1-B: Quale reazione chimica può far cambiare il pH nella

soluzione di bicarbonato ?

Assumi che l’unica fonte di carbonio inorganico per le cellule immobilizzate siano gli ioni bicarbonato in

soluzione, i quali sono in equilibrio con l’anidride carbonica presente nell’atmosfera.

Con il materiale a disposizione avrai formato moltissime sferette verdi. Per i prossimi esperimenti seleziona le capsule migliori: di forma sferica, di dimensioni simili, prive di bolle d'aria.

Procedimento

1. Seleziona 50 microcapsule di dimensioni uguali dalla piastra Petri e con il cucchiaino distribuiscile in

modo uniforme nelle 5 bottigliette (10 capsule in ogni campione).

2. Marca le bottigliette senza etichetta con le lettere A, B, C, D; la bottiglietta con l’etichetta sarà un

campione di controllo con la sigla BUIO.

3. Versa nel tubo da 50 mL l’intera soluzione di bicarbonato concentrata 50 mM (provetta eppendorf), poi

aggiungi acqua fino a riempire completamente il tubo. Chiudi e mescola bene.

4. Con una pipetta distribuisci 4 mL di bicarbonato così diluito in ogni bottiglietta. Assicurati che sul fondo

della bottiglia non ci siano bolle d’aria in contatto con le microcapsule.

5. Il campione BUIO deve appunto stare al buio, per misurare il contributo della respirazione cellulare. Usa

il materiale a tua disposizione per creare queste condizioni (Foglio risposte 2.1.2-A).

6. Chiudi bene con il tappo le cinque bottigliette e la soluzione 1 mM di NaHCO3!

Foglio Risposte 2.1.2-B: Perché è importante che le bottiglie siano ben chiuse?

7. Allinea le bottigliette davanti alla sorgente luminosa, rispettando le distanze indicate in Figura 2.3.


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Figura 2.3. Schema per la posizione corretta dei campioni. La parte inferiore mostra la distanza precisa per ogni bottiglietta (misurata in centimetri dalla lampadina).

ATTENZIONE!

Pericolo di ustioni e scosse elettriche. NON TOCCARE i fili o le fonti di elettricità. Usa

con estrema cura i reagenti e le soluzioni vicino alle sorgenti di energia elettrica. !

8. Controlla la posizione dei campioni: la parete della bottiglia con la lettera A si deve trovare a 5 cm dalla

lampadina, e così via. Quando tutto è pronto, accendi la lampada e lascia i campioni esposti alla luce

per 1 ora: utilizza il cronometro come un normale orologio.

9. È importante mescolare bene per inversione la soluzione all'interno delle bottigliette ogni 15 minuti; poi

rimetti i campioni esattamente nella stessa posizione di prima.

NB: Ti consigliamo vivamente d’intraprendere l’attività 2.3 nei tempi morti di questo esperimento.

Attività 2.2: Stima del tasso di fotosintesi nelle alghe immobilizzate

Al termine dell’esperimento dovrete misurare la variazione di pH nella soluzione di bicarbonato, in ciascuna delle bottigliette siglate con le lettere A, B, C, D. Per i vostri calcoli sarà importante conoscere anche il pH iniziale del bicarbonato diluito (tubo da 50 mL) e il contributo dovuto alla respirazione cellulare (campione al BUIO). Per tutte queste misure chiedi aiuto al tuo collega, che nel frattempo avrà costruito una retta di taratura con l’indicatore di pH (vedi Parte 3).

Foglio Risposte: Riporta nella tabella 2.2.1 le misure dei valori di pH.

Il pH misura la concentrazione dello ione ossonio (H3O+) in soluzione acquosa. La formula seguente:

c(H3O+) = 10-pH

permette di ricavare la concentrazione di ossonio in moli/litro conoscendo valore di pH. Dovrai utilizzare la funzione esponenziale della calcolatrice, cioè il tasto EXP, che corrisponde a 10X. Sapendo che 102 = 100, 10-2 = 0,01 puoi verificare se stai operando in modo corretto. Esegui la prova con esponenti negativi.

Foglio Risposte: Nella tabella 2.2.2 calcola la variazione di concentrazione di H3O+

(aq)

in ognuno dei campioni A –D

Applicando le due equazioni chimiche scritte in precedenza (attività 2.1.1), puoi ottenere una stima di quante moli di ossigeno ha sviluppato il processo della fotosintesi in ogni campione.

Foglio Risposte 2.2.3: Calcola la resa massima possibile di ossigeno per tubo


10

Attività 2.3: Calcolo delle cellule di alghe presenti nelle capsule

Per gli ultimi calcoli vi servirà una stima precisa di quante cellule sono presenti in una microcapsula. Le alghe unicellulari non sono visibili a occhio nudo, perciò si contano con vetrini speciali, detti citometri. Queste camerette possiedono un reticolo, visibile al microscopio, per aiutare il conteggio (Figura 2.4). Al contrario dei normali vetrini da microscopia, esse hanno due “pozzetti” identici, profondi 0,10 mm, in cui è incisa una griglia a righe formata da 9 larghi quadrati ciascuno con una superficie di 1 mm2.

Figura 2.4. Linee del citometro. Il pozzetto è profondo 0,10 mm e la griglia copre una superficie di 9 millimetri quadrati. Seguendo le triple linee al centro di quest’area trovi il millimetro quadrato centrale, che è diviso in 16 quadratini. Ogni

gruppo da 16 è quindi separato da una tripla linea. Si assume che di queste tre linee, quella centrale fa da confine.

N.B. l’Appendice Bio-1 contiene istruzioni più precise su come si contano le cellule utilizzando il citometro:

leggila con attenzione e usala come guida per quest’attività.

Procedimento

1. Preleva 10 microcapsule (dalla piastra Petri preparata nell’Attività 2.0) e trasferiscile nel tubo di plastica

che contiene 5 mL di una soluzione 0,5 M del reagente EDTA.

2. Stimando l’aumento di volume nella soluzione di EDTA potrai calcolare il volume medio di una capsula

(Foglio Risposte, 2.3.1).

3. Tappa il tubo e agitalo in continuazione finché tutte le capsule sono disciolte.


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4. Soffia sulla superficie del citometro per eliminare eventuali granelli di polvere. Posa un vetrino

coprioggetto al bordo del citometro, come mostrato in Figura 2.5. Guidando attentamente il vetrino con

i due pollici, trascinalo in avanti fino a portarlo al centro del citometro. Con il vetrino coprioggetto nella

posizione corretta dovresti vedere le linee della griglia. Usa una pipetta Pasteur per depositare una goccia

del tuo campione, come illustrato nel disegno seguente.

Figura 2.5. Operazioni da eseguire per preparare il campione da osservare al microscopio .

5. Trascina ancora avanti il vetrino coprioggetto: con la pipetta Pasteur carica anche la camera superiore, in

modo che i campioni con la sospensione cellulare coprano entrambe le griglie presenti nel vetrino. Fissa

il coprioggetto ruotando le viti laterali e osserva la griglia al microscopio.

Attenzione: non spingere gli obiettivi troppo in basso, potresti rompere il vetrino!

6. Cerca il quadrato centrale. Conta il numero di cellule in un gruppo di 16 quadretti. Le cellule che trovi

sulla linea di confine dovrebbero essere escluse dal conteggio (Appendice - Bio1).

7. Ripeti il conteggio in altri 2 gruppi di 16 quadretti. Per avere risultati accurati, evita di contare 3 gruppi

tutti vicini tra loro e scegli piuttosto gruppi non adiacenti.

8. Per ottenere il numero medio di cellule per gruppo, dividi il numero totale di cellule contate per 3.

Foglio Risposte 2.3.2: Compila la tabella con i tuoi conteggi di cellule.

(Per ottenere il numero medio di cellule per gruppo, dividi per 3 il numero totale di cellule contate)

Foglio Risposte 2.3.3: Calcola il numero di cellule per 1 mL di sospensione

Foglio Risposte 2.3.4: Calcola il numero medio di cellule per capsula

Foglio Risposte 2.3.5: Assumendo che una cellula di Chlorella ha in media una

massa di 1,25 ng, calcola la massa in grammi di 10 capsule di alghe

(Usa il numero medio di cellule che hai ricavato nell’Attività 2.3.4; cioè dal calcolo precedente).

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