La fotosíntesis
Lo que vas a aprender
- Explicar la fotosíntesis como la construcción de materia orgánica con la energía de la luz, el dióxido de carbono del aire y el agua.
- Nombrar los reactivos y los productos de la fotosíntesis y decir por dónde entra y sale cada uno en la hoja.
- Contar los átomos de cada elemento a los dos lados de la ecuación global y comprobar que está balanceada.
- Explicar de dónde viene la materia seca de una planta y en qué forma de energía queda guardada la luz.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Una semilla de aguacate cabe en tu mano. Si la siembras y la cuidas, con los años se vuelve un árbol con un tronco grueso, ramas, miles de hojas y frutos. Toda esa madera y esas hojas tienen masa. ¿De dónde salió? Mucha gente piensa que la planta se «come» la tierra, pero si pesaras la tierra de una matera antes y después de que crezca una planta, verías que casi no cambia.
La respuesta es sorprendente: la mayor parte de la materia de una planta viene del aire. La planta toma un gas invisible, el dióxido de carbono, lo junta con agua y, con la energía de la luz, fabrica azúcar. Ese proceso se llama fotosíntesis, y de él depende casi todo el alimento de los ecosistemas: el pasto del chigüiro, el maíz de la arepa y las algas que comen los peces.
Antes de empezar recuerda qué es un organismo autótrofo y cómo se lee una fórmula química: en CO₂ hay un átomo de carbono y dos de oxígeno.
Explicación
Qué es la fotosíntesis
La palabra viene de dos raíces griegas: foto, luz, y síntesis, construcción. La fotosíntesis es construir materia orgánica con ayuda de la luz. La hacen las plantas, las algas y algunas bacterias: los productores de las cadenas tróficas que estudiaste en la unidad anterior.
Dónde ocurre
Ocurre sobre todo en las hojas, y también en los tallos verdes. Las células de la hoja tienen unos pequeños cuerpos verdes, los cloroplastos, llenos de clorofila, una sustancia que absorbe la luz. Por la clorofila las hojas se ven verdes.
Qué necesita y qué produce
Para hacer la fotosíntesis, la hoja necesita tres cosas:
- Dióxido de carbono (CO₂), que toma del aire. Entra por los estomas, unos poros diminutos que la hoja tiene sobre todo por debajo.
- Agua (H₂O), que absorben las raíces del suelo y que sube por el tallo hasta las hojas.
- Luz, que capta la clorofila. La luz no es una sustancia: es la energía que mueve el proceso.
Con eso, el cloroplasto fabrica dos productos:
- Glucosa (C₆H₁₂O₆), un azúcar. Es materia orgánica: la planta la usa como fuente de energía o la transforma en almidón para guardarla, y en celulosa para construir sus paredes y su madera.
- Oxígeno (O₂), que sale al aire por los estomas. Es el oxígeno que respiran los animales y la misma planta.
A las sustancias que entran a una reacción se les llama reactivos, y a las que salen, productos. En la fotosíntesis los reactivos son el CO₂ y el agua; los productos, la glucosa y el oxígeno.
La ecuación global
Todo eso se resume en una ecuación química:
6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Se lee así: seis moléculas de dióxido de carbono y seis de agua, con la energía de la luz captada por la clorofila, forman una molécula de glucosa y seis de oxígeno. El número grande de adelante, el coeficiente, dice cuántas moléculas hay; el número pequeño de abajo, el subíndice, dice cuántos átomos de ese elemento tiene cada molécula. La luz no se escribe como reactivo porque no es materia.
Es una ecuación global: resume en una línea muchos pasos que ocurren dentro del cloroplasto. Esos pasos los estudiarás en grados superiores.
La ecuación está balanceada: a cada lado hay los mismos átomos de carbono, de hidrógeno y de oxígeno. En una reacción química los átomos no se crean ni se destruyen; solo se reorganizan en moléculas nuevas. Lo vas a comprobar en el primer ejemplo.
Ejemplo resuelto
Contar los átomos de la fotosíntesis
Comprueba que la ecuación de la fotosíntesis, $\mathrm{6CO_{2} + 6H_{2}O \rightarrow C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$, tiene los mismos átomos de cada elemento a los dos lados.
Ver la solución paso a paso
Esta es la ecuación que vamos a revisar, elemento por elemento:
$$\mathrm{6CO_{2} + 6H_{2}O \rightarrow C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$$
Carbono: cada una de las seis moléculas de CO₂ trae uno, y la glucosa tiene seis.
$$6 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{CO_{2}} = \text{átomos de C en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}$$
Hidrógeno: cada una de las seis moléculas de agua trae dos, y la glucosa tiene doce.
$$6 \cdot \text{átomos de H en }\mathrm{H_{2}O} = \text{átomos de H en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}$$
Oxígeno: a la izquierda, dos en cada CO₂ y uno en cada agua; a la derecha, seis en la glucosa y dos en cada O₂.
$$6 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{CO_{2}} + 6 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{H_{2}O} = \text{átomos de O en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}} + 6 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{O_{2}}$$
Los tres elementos cuadran. Ningún átomo apareció ni desapareció: la fotosíntesis reorganiza los átomos del aire y del agua en moléculas nuevas.
Respuesta: A cada lado hay 6 átomos de carbono, 12 de hidrógeno y 18 de oxígeno: la ecuación está balanceada.
Mira cómo los átomos del dióxido de carbono y del agua se separan y se vuelven a unir en una glucosa y seis moléculas de oxígeno. Cuenta los átomos de cada lado: 6 de carbono antes y después, 18 de oxígeno antes y después. Ningún átomo aparece ni desaparece.
Ejemplo resuelto
El carbono de tres moléculas de glucosa
Una hoja fabrica 3 moléculas de glucosa. ¿Cuántos átomos de carbono necesita y cuántas moléculas de CO₂ tiene que tomar del aire?
Ver la solución paso a paso
Cada molécula de glucosa tiene seis átomos de carbono, así que tres moléculas llevan:
$$3 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}$$
Da:
$$18$$
Cada molécula de CO₂ trae un solo átomo de carbono. Las moléculas de CO₂ que hacen falta son:
$$\frac{18}{\text{átomos de C en }\mathrm{CO_{2}}}$$
Da:
$$18$$
Todo el carbono de la glucosa sale del CO₂ del aire: el agua no tiene carbono.
Respuesta: Necesita 18 átomos de carbono, que llegan en 18 moléculas de CO₂.
De dónde viene la masa de una planta
Volvamos al aguacate. Si a una planta le quitas el agua (por ejemplo, secándola), lo que queda es su materia seca: madera, fibras, almidón. Esa materia está hecha sobre todo de carbono, hidrógeno y oxígeno, y esos átomos llegaron con el CO₂ y con el agua de la fotosíntesis. El carbono, en particular, viene todo del aire.
Del suelo la planta toma agua y pequeñas cantidades de sales minerales, como las de nitrógeno y fósforo. Son indispensables para crecer sana, pero son una parte muy pequeña de su masa. Por eso la tierra de la matera casi no disminuye: el árbol se construye, sobre todo, con aire y agua.
La fotosíntesis transforma energía
La planta no produce energía: nadie puede crear energía de la nada. Lo que hace es transformarla. La energía de la luz queda guardada como energía química en la glucosa, en los enlaces que unen sus átomos. Es la misma idea de la unidad de energía: una forma se convierte en otra.
Esa energía química es la que, después, aprovecha la propia planta para vivir, y la que pasa a los herbívoros cuando se comen las hojas y a los carnívoros cuando se comen a los herbívoros. Cuando comes una fruta, estás usando energía que vino del sol y que una planta guardó en el azúcar.
La planta también respira
Una planta no solo hace fotosíntesis. Como todo ser vivo, también respira, de día y de noche: usa parte de su glucosa con oxígeno para liberar la energía que necesita para crecer y reparar sus células. La fotosíntesis, en cambio, solo ocurre cuando hay luz. En la próxima lección vas a estudiar la respiración celular.
Cuánto pesan los reactivos
¿Aporta más masa el aire o el agua? Para saberlo se usa la masa de las moléculas, en u (unidad de masa atómica): la masa de una molécula es la suma de las masas de sus átomos, que se leen redondeadas en la tabla periódica.
Ejemplo resuelto
¿Quién aporta más masa, el aire o el agua?
Con las masas redondeadas de la tabla periódica (C: 12 u, H: 1 u, O: 16 u), compara la masa de las seis moléculas de CO₂ con la de las seis moléculas de agua que entran a la fotosíntesis.
Ver la solución paso a paso
Masa de una molécula de CO₂: un carbono y dos oxígenos.
$$M_m\left(\mathrm{C}\right) + 2 \cdot M_m\left(\mathrm{O}\right)$$
Da, en u:
$$44$$
Las seis moléculas de CO₂:
$$6 \cdot M_m\left(\mathrm{CO_{2}}\right)$$
Da, en u:
$$264$$
Masa de una molécula de agua: dos hidrógenos y un oxígeno.
$$2 \cdot M_m\left(\mathrm{H}\right) + M_m\left(\mathrm{O}\right)$$
Da, en u:
$$18$$
Las seis moléculas de agua:
$$6 \cdot M_m\left(\mathrm{H_{2}O}\right)$$
Da, en u:
$$108$$
El CO₂ del aire aporta más del doble de masa que el agua:
$$6 \cdot M_m\left(\mathrm{CO_{2}}\right) > 2 \cdot 6 \cdot M_m\left(\mathrm{H_{2}O}\right)$$
Respuesta: Las seis moléculas de CO₂ tienen 264 u y las seis de agua, 108 u: el aire aporta más del doble de masa.
Práctica
¿Cuántos átomos de oxígeno tiene una molécula de glucosa, C₆H₁₂O₆?
El subíndice del oxígeno en C₆H₁₂O₆ es 6.
¿Cuántos átomos tiene en total una molécula de glucosa, C₆H₁₂O₆?
Seis de carbono, doce de hidrógeno y seis de oxígeno: 6 + 12 + 6 = 24 átomos.
Entre los reactivos de la fotosíntesis hay 6 moléculas de agua, H₂O. ¿Cuántos átomos de hidrógeno traen en total?
Cada molécula de agua tiene dos átomos de hidrógeno: 6 × 2 = 12. Son los mismos doce que quedan en la glucosa.
En la fotosíntesis, $\mathrm{6CO_{2} + 6H_{2}O \rightarrow C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}}$, ¿cuántas moléculas de oxígeno se liberan por cada molécula de glucosa que se forma?
El coeficiente del O₂ es 6. Se puede comprobar con los átomos: a la izquierda hay 18 de oxígeno; la glucosa se queda con 6 y los 12 restantes forman 6 moléculas de O₂. El 18 es el total de átomos de oxígeno, no el número de moléculas.
Una planta fabrica 4 moléculas de glucosa. ¿Cuántas moléculas de CO₂ tuvo que tomar del aire?
Cuatro moléculas de glucosa llevan 4 × 6 = 24 átomos de carbono, y cada CO₂ trae uno: 24 moléculas de CO₂.
¿Verdadero o falso? Esta ecuación, escrita sin coeficientes, tiene los mismos átomos de cada elemento a los dos lados: $\mathrm{CO_{2} + H_{2}O \rightarrow C_{6}H_{12}O_{6} + O_{2}}$
A la izquierda hay un solo átomo de carbono y a la derecha seis; tampoco cuadran el hidrógeno ni el oxígeno. Por eso la ecuación de la fotosíntesis lleva los coeficientes 6 delante del CO₂, del agua y del O₂.
Marca las sustancias de la fotosíntesis que tienen átomos de carbono.
Marca todas las que apliquen.
Solo el CO₂ y la glucosa tienen carbono. El carbono pasa del CO₂ del aire a la glucosa de la planta: por eso la materia seca de una planta viene, sobre todo, del aire.
Con las masas redondeadas (C: 12 u, H: 1 u, O: 16 u), ¿cuál es la masa de una molécula de glucosa, C₆H₁₂O₆, en u?
6 × 12 + 12 × 1 + 6 × 16 = 72 + 12 + 96 = 180 u.
Un guayabo crece durante años en un potrero. ¿De dónde viene la mayor parte de su materia seca?
El carbono de la madera viene todo del CO₂ del aire, y el hidrógeno, del agua. Las sales minerales del suelo son indispensables pero pesan muy poco, y la luz es energía, no materia: no se convierte en átomos.
¿Qué pasa con la energía de la luz en la fotosíntesis?
La fotosíntesis no crea energía: la transforma. La energía de la luz queda como energía química en la glucosa, y de ahí pasa a la planta y a los animales que se la comen. El oxígeno es materia que viene de los reactivos, no de la luz.
Reto
Completa la ecuación de la fotosíntesis con sus números.
Mira la ecuación de la lección y cuenta los átomos con los subíndices.
Reto
¿Reactivo o producto?
Arrastra cada frase a su canasta: los reactivos entran a la fotosíntesis y los productos se forman en ella.
Cierre
En resumen
La fotosíntesis construye materia orgánica, la glucosa, con dióxido de carbono del aire, agua y la energía de la luz; libera oxígeno.
Ocurre en los cloroplastos de las hojas y de los tallos verdes, donde la clorofila absorbe la luz; el CO₂ entra y el O₂ sale por los estomas.
La ecuación global, 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂, está balanceada: hay 6 átomos de carbono, 12 de hidrógeno y 18 de oxígeno a cada lado.
La materia seca de una planta viene sobre todo del CO₂ del aire; del suelo toma agua y pocas sales minerales.
La fotosíntesis no produce energía, la transforma de luz en energía química; y la planta también respira, de día y de noche.
Vocabulario
- Fotosíntesis
Proceso con el que las plantas, las algas y algunas bacterias fabrican glucosa a partir de dióxido de carbono y agua, usando la energía de la luz; libera oxígeno.
- Cloroplasto
Parte de las células de las hojas y de los tallos verdes donde ocurre la fotosíntesis. Tiene clorofila.
- Clorofila
Sustancia verde de los cloroplastos que absorbe la luz. Por ella las hojas se ven verdes.
- Estoma
Poro diminuto de la hoja que se abre y se cierra; por él entra el dióxido de carbono y salen el oxígeno y el vapor de agua.
- Glucosa
Azúcar, C₆H₁₂O₆, que fabrica la planta en la fotosíntesis. Guarda energía química y sirve para construir otras sustancias de la planta.
- Materia orgánica
Sustancias con carbono que forman los seres vivos, como la glucosa, el almidón, la celulosa de la madera, las grasas y las proteínas.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte de dónde sale la masa de un árbol y anote las hipótesis en el tablero, sin corregirlas todavía.
- Explicación · 20 min — Explique reactivos, productos y el papel de la luz con un dibujo de la hoja (raíz, tallo, estomas). Escriba la ecuación y cuente los átomos con los estudiantes, un elemento a la vez.
- Práctica · 15 min — Preguntas y retos en parejas. Si hay plastilina o fichas de colores, pida armar las seis moléculas de CO₂ y las seis de agua y reorganizarlas en una glucosa y seis O₂.
- Cierre · 5 min — Vuelva a las hipótesis del inicio: ¿cuáles se sostienen ahora? Insista en que el carbono de la madera viene del aire.
Preguntas para el salón
- Si la fotosíntesis solo ocurre con luz, ¿qué hace la planta de noche con la glucosa que fabricó de día?
- ¿Por qué la luz no aparece como reactivo en la ecuación?
- Si una planta crece en una matera, ¿por qué la tierra casi no disminuye?
Errores típicos
- Creer que la planta saca su masa de la tierra. Pregunte qué elemento hay en la madera y en qué reactivo llega; muestre que el agua no tiene carbono y que las sales del suelo pesan muy poco.
- Decir que la fotosíntesis produce energía. Recuerde la unidad de energía: la energía no se crea, se transforma. Pida completar la frase «la energía de la luz se transforma en…».
- Pensar que las plantas hacen fotosíntesis en vez de respirar. Diga desde ya que la planta respira siempre, de día y de noche, y que la fotosíntesis solo ocurre con luz; la próxima lección lo retoma.
- Confundir el coeficiente con el subíndice al contar átomos. Pida escribir cada molécula por separado (seis veces CO₂) y contar los átomos de una antes de multiplicar.
Tarea sugerida
Dibujar una planta con flechas que muestren por dónde entran el agua y el CO₂, dónde ocurre la fotosíntesis y por dónde sale el O₂, y escribir debajo la ecuación global con el número de átomos de cada elemento a cada lado.