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Photosynthese - die Formel könnten Sie so erklären

Die Photosynthese ist nicht nur für Pflanzen von Bedeutung, sondern für das gesamte Leben, denn kein Lebewesen kann ohne Sauerstoff leben. Deshalb ist die Photosynthese, die übrigens seit der Rechtschreibreform auch "Fotosynthese" geschrieben werden darf, der wichtigste biochemische Prozess der Erde. Der Begriff "Photosynthese" stammt aus dem griechischen: "photos = Licht" und "synthesis = Aufbau". D. h. also, das der biochemische Prozess der Photosynthese mit Hilfe von Licht etwas aufbaut. Chemiker würden diesen Prozess mit einer Formel sehr schnell erklären. Die Frage ist jedoch, ob man die chemische Formel sofort verstehen kann. Zumindest kann man sich mit ihr auseinandersetzen.

Chemische Formeln inspirieren zu verschiedenen Versuchen.
Chemische Formeln inspirieren zu verschiedenen Versuchen.

Die Photosynthese ist lebenswichtig und schwer verständlich

  • Für Chemiker sind Formeln hoch interessant und vielleicht ein "lebendiger" Lehrstoff. Doch vielen Menschen fällt es schwer, eine chemische Formel nachzuvollziehen. Trotzdem werden natürliche Lebensvorgänge, wie z.B. die der Photosynthese, mithilfe der  Chemie erforscht und erklärt. Fällt es Ihnen leicht, die Formel 6CO2 + 6H2O + Licht -> C6H12O6 + 6O2 als Erklärung der Photosynthese zu verstehen?
  • Vielleicht ist es zweckmäßiger, den Prozess der Photosynthese zunächst über wörtliche Erklärungen zu verstehen, um dann dem Chemie-Unkundigen, die Formel verständlich machen zu können: Bei der Photosynthese geht es darum, dass Grünpflanzen Licht, z.B. aus der Sonnenenergie beziehen und dieses Licht so umwandeln, das Sauerstoff und Kohlendioxid entsteht.
  • Damit sind bereits zwei chemische Prozesse benannt. Da die Pflanze Kohlendioxid benötigt, gibt sie den Sauerstoff an die Umwelt ab. Was aber geschieht mit dem Kohlendioxid, der offensichtlich für die Pflanze so wichtig ist? Nun, die Pflanze benötigt Nährstoffe in Form von Kohlehydraten. Und um diese zu gewinnen, benötigt sie das Kohlendioxid.
  • Erklären Sie nun, dass die Grünpflanze aus Salzen, Wasser und dem Kohlendioxid Nährstoffe in Form von Kohlenhydraten bildet. Diese Kohlenhydrate sind Stärke, Glucose und Eiweiß. Von nun an werden Sie, um die chemische Formel erklären zu können, Ihrem Zuhörer vermitteln müssen, dass jeder Stoff aus atomaren und molekularen Verbindungen besteht, die sich auf eine Formel bringen lassen. So wird Kohlendioxid mit CO 2, Wasser mit H2O, Sauerstoff mit O2 bezeichnet.

Binden Sie die Formel schrittweise ein

  • Natürlich kann man anhand einer kurzen Erklärung zur Photosynthese-Formel nicht alle einzelnen Formelbestandteile erläutern. Ihr Zuhörer sollte akzeptieren, dass es um weitere Verbindungen geht, wie z.B. den Salzen: Sulfate der Schwefelsäure (SO4/2) und Nitrate der Salpetersäue (HNO3). Auch die Formel der entsprechenden Kohlenhydrate, wie z.B. Stärke (C6H10O5)n und Glucose (Einfachzucker C6H12O6 ) sollten Sie nur benennen.
  • Erklären Sie, dass Eiweiß nicht leicht in eine Formel zu bringen ist, weil es aus mehreren Aminosäuren besteht, von der die einfachste Alanin CH3 - HCNH2 - COOH heißt. Teilen Sie Ihrem Zuhörer mit, dass die Pflanze das Sonnenlicht nur über ihre grünen Farbstoffe (Chlorophyll) absorbieren kann und das nur dort Photosynthese statt findet. Auch Chlorophyll hat eine eigene, umfassende chemische Formel.
  • Wichtig ist, dass die lichtbedingte Reaktion durch eine bestimmte Elektronentransportkette entsteht und zur Wasserspaltung, ATP- Bildung und NADP-Reduktion führt. (NADP wird zu NADPH). Auch das muss nun erklärt werden: Zeichnen Sie zwei Moleküle auf ein Papier. Das linke nennen Sie "Nicotinamid (N)" und das rechte NADP (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat) Erläutern Sie, dass das rechte Molekül zwei Elektronen und ein Wasserstoffion aufgenommen hat.
  • Versehen Sie das linke Molekül mit einem Wasserstoffatom (H) und einem Carbonsäureamid (CONH 2) und an das rechte setzen Sie zwei Wasserstoffatome ( H) und ein Carbonsäureamid +H. Erläutern Sie, das zwischen diesen beiden Molekülen ein chemischer Prozess stattfindet. Von rechts nach links entsteht die Reduktion "+2H+ / +2e" und von links nach rechts "-2H+ / -2e-". Das ist im Grunde der chemische Prozess, der bei der Photosynthese abläuft und zu der Formel 6CO2 + 12H2O + Licht -> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O  vereinfacht: 6CO2 + 6H2O + Licht -> C6H12O6 + 6O2 führt.

Vielleicht kann Ihr Zuhörer Sie so besser verstehen

  • Die Photosynthese beschreibt sich mit der Formel 6 H2O + 6 CO2 + Licht + in Verbindung mit Chlorophyll = 6 O2 + C6H12O6 . Versuchen Sie, um diese Formel zu verstehen, nicht nur logisch, sondern kreativ zu denken. Verknüpfen Sie keine konkreten Einzelheiten, sondern schematische Darstellungen.
  • Bei der Photosynthese nutzen die Pflanzen sechs, in der Luft enthaltene Kohlenstoffdioxidmoleküle (6 CO2 ), sowie sechs, im Boden befindliche Wassermoleküle ( 6 H2O) und (Sonnen-)licht. Mithilfe ihres Blattgrüns (Chlorophyll) verwandeln sie diese drei Grundstoffe (Kohlendioxid, Wasser, Licht), zu Sauerstoff und zwar zu sechs Sauerstoffmolekülen (6 O2  ). Doch es entsteht nicht nur Sauerstoff, sondern auch das, für die Pflanze lebensnotwendige Traubenzuckermolekül Glukose (C6H12O6)
  • Stellen Sie diese Erklärungen plastisch dar: Zeichen Sie einen Kreis, mit vielen grünen Punkten und zwölf Einlaufhähnen. An sechs Einlaufhähne malen Sie Autoauspuffrohre, an die anderen sechs Wasserschläuche. Mittig in den Kreis zeichnen Sie einen Leuchturm. Die Autoauspuffrohre stehen für Kohlendioxid (6 CO2), die Wasserhähne für Wasser (6H2O). Stellen Sie sich vor, dass das Licht des Leuchtturms stets die grünen Punkte und die Einlaufhähne beleuchtet.
  • Plötzlich entstehen sechs Bläschen aus Sauerstoff (6O2) und ein Traubenzucker ( C6H12O6 ). Traubenzucker setzt sich aus 'C-H-O' (Carbon, Hydrogen, Oxygen) zusammen. Nun setzen Sie nur noch die Formel aneinander: 6 x Wasser + 6 x Kohlendioxid + Licht + Chlorophyll = 6 Sauerstoff und Traubenzucker.
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