Express Yourself 2016 Autori: C. Cafaro, M. Colucci, A. Esposito, S. Mahamalimage, W. Pone, A. Tammaro (I F, LS “Cuoco-Campanella” di Napoli, prof. M. Moretti)

1. Workshop
Chain Reaction Project
III Edition
18th March 2016
Complesso Universitario
Monte Sant’Angelo - Napoli

2. StArMeN,
bReAtHiNg
In SpAcE
Bio Astronomy Department
Sustainable Environments on Space Craft Research Centre
Naples - Italy

3. La nostra missione
Progetto per
analizzare le
proprietà
Per garantire
fabbisogno
giornaliero
Produzione di
𝑂2
• Ambiente auto
sostenibile
• Viaggio interplanetario
(Marte)
•Ossigeno
•Acqua
•Cibo
• Processo di fotosintesi
• Dipendenza dalla luce

4. Indagi ni su
• Quanti ti pi di pi ante ? M a x . 3 - 4 t i p i
• Qual i ti pi di pi ante ?
R i sultati s v o lti s u l le i n dagi ni s v o lte
P i ante d i s p i naci e S a n seviera
Alcune indagini preliminari
Piante → principali e naturali produttrici di 𝑂2
Fotosintesi clorofilliana
fonte di cibo → glucosio
in grado di produrre 𝑯 𝟐O → respirazione cellulare

5. Piante a confronto
Fotosintesi clorofilliana GIORNO
E DI NOTTE?
Per evitare mancanza di ossigeno nella navicella durante la notte,
ricorriamo a piante che svolgono un processo di
FOTOSINTESI INVERSA
Durante il giorno assorbono 𝑂2 e rilasciano 𝐶𝑂2
Di notte rilasciano 𝑂2 e assorbono 𝐶𝑂2
Pianta Sanseviera
Temperatura 25°C
7,4 l di 𝑶 𝟐 ogni ora
per g di clorofilla
SPINACI
produzione di O2
alimentazione
converte grandi quantità di
CO2 in O2 durante la notte
SANSEVIERA

6. Quanto 𝑶 𝟐?
• Quanti litri di ossigeno necessari al giorno pro capite? 602 l
• Quanti astronauti ? 8
• Quanto ossigeno necessario in totale al giorno? 602 l x 8= 4816 l
• Quanto ossigeno necessario in totale? 602 l x 8 persone x 2 anni x 365 giorni x 24 h x
3600 s = 3,03754752000 x 𝟏𝟎 𝟏𝟏
l ≈ 3,04 x 𝟏𝟎 𝟏𝟏
l
Obiettivi
Scegliere piante in grado di produrre una
quantità sufficiente di 𝑶 𝟐 in modo ciclico
Studiare quali sono le condizioni ottimali

7. Fotosintesi Clorofilliana
Processo chimico
Piante verdi 𝐶𝑂2
𝐻2 𝑂 & luce
Sostanze organiche
& 𝑂2
𝒉𝒇 + 𝑪 + 𝑪𝑶 𝟐 +𝑯 𝟐O
=
𝑪 𝟔 𝑯 𝟏𝟐 𝑶 𝟔 + 6 𝑶 𝟐

8. Nutrimento
R E S PIR A ZIONE
C E L LULA R E
E N E R GIA S O L A R E
Glucosio
A mi do
Mediante
polimerizzazione
N U TR IME NT O

9. F e n o m e n o a s o g l i a
M i n i m o d ’ i n t e n s i t à
l u m i n o s a
A u m e n t o d e l l ’ e f f i c i e n z a
d e l l a f o t o s i n t e s i
c l o r o f i l l i a n a
TENERE SOTTO CONTROLLO SATURAZIONE LUMINOSA
Produzione di 𝑶 𝟐 e colore della luce
C l o ro f ille di
ti po a e b
M o l e cole che ‘catturano ’ l a l uce
D a c o sa d i pende l a p r o duzione d ’ o ssig eno ?
1 . S t r u t t u r a m o l e c o l a r e d e i p i g m e n t i e l a l o r o c o n c e n t r a z i o n e
2 . S p e s s o r e d e l l o s t r a t o s u c u i s o n o d i s p o s t i
3 . T e m p e r a t u r a
4 . L u n g h e z z a d ' o n d a d e l l a l u c e 𝑬 𝒂 𝒔 𝒔 = 𝒉
𝝀
𝒄
𝒄 𝒐 𝒔 𝒕 𝒂 𝒏 𝒕 𝒆 𝒅 𝒊 𝑷 𝒍 𝒂 𝒏 𝒄 𝒌 ( 𝟔 , 𝟔 𝟐 𝟔 ∙ 𝟏 𝟐 − 𝟑 𝟒
𝑱 𝒔 )
𝒍 𝒖 𝒏 𝒈 𝒉 𝒆 𝒛 𝒛 𝒂 𝒅 ′
𝒐 𝒏 𝒅 𝒂 𝒅 𝒆 𝒍 𝒍 𝒂 𝒓 𝒂 𝒅 𝒊 𝒂 𝒛 𝒊 𝒐 𝒏 𝒆 𝒍 𝒖 𝒎 𝒊 𝒏 𝒐 𝒔 𝒂 − 𝝀
𝒗 𝒆 𝒍 𝒐 𝒄 𝒊 𝒕 à 𝒅 𝒆 𝒍 𝒍 𝒂 𝒍 𝒖 𝒄 𝒆 ( 𝒄 = 𝟑 . 𝟎 𝟎 ∙ 𝟏 𝟎 𝟖 𝒎
𝒔 )

10. Indagine condotta
Ipotesi
Con la luce blu la quantità di 𝑂2 è apprezzabile
Con la luce verde è trascurabile
Apparato sperimentale
Acqua
15+15 rametti di Helodea C.
2 recipienti trasparenti
2 imbuti
2 burette
(portata 50𝑚𝑙 - 𝜖 𝑠 = 0,05𝑚𝑙)
1 orologio
1 lampada verde
1 lampada blu

11. La misura
• M i sura 𝑉 𝐻2 𝑂 𝑚 𝑙 o g ni 5′
𝑉𝑖 𝑛 𝐻2 𝑂 − 𝑉𝑓 𝑖 𝑛 𝐻2 𝑂 = 𝑉 ( 𝑂2 )
• 𝑂2 , pi ù l e gge ro de l l ’acqua, sal e pe r l a spi nta di
A rchi me d e
• La p re ssi o ne e se rci ta ta d a l l ’o ssi ge no f a d i mi nui re i l
v o l ume d e l l ’a cq ua
Prime osservazioni qualitative
Bollicine in aumento
Misure

12. Analisi dei dati
𝑳 𝑼 𝑪 𝑬 𝑩 𝑳 𝑼: ∆ 𝑽 𝑯 𝟐 𝑶 = 𝟎 , 𝟑 𝟎 ± 𝟎 , 𝟏 𝟎 𝒎 𝒍
𝑳 𝑼 𝑪 𝑬 𝑽 𝑬 𝑹 𝑫 𝑬 : ∆ 𝑽 𝑯 𝟐 𝑶 = ( 𝟎 , 𝟏 𝟎 ± 𝟎 , 𝟏 𝟎 ) 𝒎 𝒍
E F F I C I E N Z A L U C E B L U > E F F I C I E N Z A L U C E V E R D E
𝐶 𝑂 𝑁 𝐹 𝑅 𝑂 𝑁 𝑇 𝐴 𝐵 𝐼 𝐿 𝐼 𝐿 𝐸 𝑅 𝐸 𝑆 𝐸 𝐶 𝑂 𝑁 𝐿 𝑈 𝐶 𝐸 𝐵 𝐿 𝑈 𝐸 𝑅 𝑂 𝑆 𝑆 𝐴
QUALILAMPADEPORTARE A BORDO?
Dati Sperimentali
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
V(O2)(ml) vs t(min)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
V(O2)(ml) vs t(min)

13. Commenti
• Risultati in accordo con le nostre previsioni
• Quantità trascurabile di 𝑂2 con luce verde
o Colore pigmenti uguale a quello della luce (no assorbimento)
• Quantità apprezzabili con luce blu
 Ci saremmo aspettati una quantità maggiore con luce blu
• Ma le bollicine restavano intrappolate nell’imbuto
 Suggerimento per migliorare i risultati
 Usareun imbuto più grande

14. Fuori dal laboratorio
ragionando … e calcolando
Spettro d’assorbimento dell’energia luminosa in funzione di 𝜆
Le clorofille a e b assorbono luce blu e rossa, con picchi rispettivamente
a 447 nm e 663 nm per a clorofilla a, e 470 nm e 645 nm per la
clorofilla b
In pieno accordo con quanto ottenuto in laboratorio
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑎𝑠𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑡𝑎 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑙𝑢𝑐𝑒 𝑟𝑜𝑠𝑠𝑎 (𝜆 = 0,68 𝜇𝑚) 𝐸 = 42 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑎𝑠𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑡𝑎 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑙𝑢𝑐𝑒 𝑏𝑙𝑢 (𝜆 = 0,46 𝜇𝑚) 𝐸 = 62 𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑖 𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛𝑖
1 𝑚𝑜𝑙 (𝑂2)
≈ 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
L'energia luminosa assorbita per 0,46𝜇𝑚 < 𝜆 < 0,68𝜇𝑚,
è indipendente dalla lunghezza d’onda
Cioè tutto lo spettro visibile, perciò ci porteremo lampade
di tutti i colori tranne le verdi!

15. • MARS: planet of the solar system
• SPACESHIP: spacecraft that travels in space
• PLANT: plant organism
• OXYGEN: chemical element
• PHOTOSYNTHESIS: plant’s process, that produces
oxygen
• CARBON DIOXIDE: oxide acid
• CELLULAR RESPIRATION: slow combustion process
• SOSTAINABLE HABITAT: habitat where you can live
• LIGHT: Source energy

16. GRAZIE!
Pone Wanda
Cafaro Chiara
Colucci Mattia
Esposito Alessia
Tammaro Adriano
Mahamalige Sevini