Osmoza: Doświadczenie z Ziemniakiem
- Szczegóły
Osmoza to jednokierunkowe przenikanie cząsteczek rozpuszczalnika (wody) przez półprzepuszczalną membranę w stronę większego stężenia substancji. Zawdzięczając takiemu zjawisku jak osmoza rośliny wciągają wilgoć i mogą rosnąć. W taki sposób czysta woda przenika wewnątrz roślin, ponieważ rośliny w środku zawierają sok - skoncentrowany roztwór soli i innych substancji. Ale my także wiemy, że sok może być wydzielany też na zewnątrz, na przykład w sałatce z warzyw po tym jak ją posolić.
Błona komórkowa nazywana też błoną cytoplazmatyczną lub plazmolemmą jest zbudowana z dwóch warstw fosfolipidów oraz białek, z których część jest luźno związana z powierzchnią błony (białka powierzchniowe), a inne przebijają błonę (białka transbłonowe) lub są w niej w jakiś sposób zakotwiczone (białka błonowe).
Zauważmy, że błona komórkowa pełni bardzo ważną funkcję - oddziela środowisko zewnętrzne od wnętrza komórki. Roli tej nie w sposób przecenić, gdy tylko uświadomimy sobie, że życie przynajmniej na poziomie molekularnym jest złożonym zespołem ściśle sprzężonych procesów fizyko-chemicznych i jako takie wymaga do ich prowadzenia odpowiednich warunków, m.in. właśnie oddzielenia ich od uorganizowanego w inny sposób środowiska zewnętrznego.
Błona komórkowa jako bariera nie może być jednak całkowicie nieprzepuszczalna, ponieważ żadna komórka nie mogłaby żyć jako układ izolowany, tj. bez możliwości wymiany materii i energii z otoczeniem.
Tak więc błona komórkowa z jednej strony musi stanowić barierę oddzielającą wnętrze komórki od środowiska zewnętrznego, a jednocześnie umożliwiać transport pewnych substancji w obie strony. Tego typu barierę nazywamy błoną (membraną) półprzepuszczalną. Oczywiście półprzepuszczalność jest tylko jedną z cech błony komórkowej, ponieważ ma ona dużo bardziej skomplikowaną budowę niż to tutaj pokrótce nakreślono.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Błony półprzepuszczalne wykazują szereg bardzo interesujących właściwości, z którymi możemy się zapoznać. Możemy powiedzieć, że błona półprzepuszczalna to taka bariera, która przepuszcza niektóre rodzaje cząsteczek, a zatrzymuje inne. Mogą przez nią przenikać np. niewielkie cząsteczki rozpuszczalnika, blokowane są natomiast duże cząsteczki substancji rozpuszczonej lub jony.
Aby zrozumieć procesy zachodzące w przypadku błony półprzepuszczalnej musimy przypomnieć sobie o dyfuzji. Jest to proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w każdym ośrodku (ciele stałym, gazie lub cieczy) o temperaturze wyższej od zera absolutnego - jest to efekt chaotycznych zderzeń cząsteczek substancji dyfundującej między sobą lub z cząsteczkami ośrodka.
Zastanówmy się jednak, co się stanie w przypadku, kiedy za pomocą błony półprzepuszczalnej rozdzielimy dwa roztwory o różnym stężeniu. W takim przypadku cząsteczki rozpuszczalnika mają częstszy kontakt z błoną po stronie o niższym stężeniu, ponieważ przy wyższym w roztworze istnieje większa ilość cząsteczek substancji rozpuszczonej, z którymi cząsteczki rozpuszczalnika niejako konkurują o dostęp do błony. W efekcie więcej cząsteczek rozpuszczalnika przenika przez błonę w kierunku od roztworu mniej stężonego do bardziej stężonego, niż odwrotnie. Możemy więc zaobserwować przenikanie rozpuszczalnika właśnie w tym kierunku. Zjawisko to nazywamy osmozą. Zauważmy, że w wyniku osmozy dochodzi do powolnego wyrównywania się stężeń roztworów po obu stronach błony półprzepuszczalnej: roztwór o niższym stężeniu ulega zatężeniu poprzez odpływ rozpuszczalnika, zaś bardziej stężony ulega rozcieńczeniu przez dopływ rozpuszczalnika.
Roztwór o niższym stężeniu, tj. ten z którego ubywa rozpuszczalnika nazywa się hipotonicznym, natomiast ten o wyższym stężeniu, w którym przybywa rozpuszczalnika nazywa się hipertonicznym. Gdy roztwory pozostają w równowadze osmotycznej (tzn. wymiana rozpuszczalnika zachodzi w tym samym tempie w obu kierunkach), mówi się że są wzajemnie izotoniczne.
Doświadczenie z Ziemniakiem
Potrzebne materiały:
- Ziemniak przekrojony na pół
- Łyżeczka
- Woda czysta
- Woda z solą
Problem badawczy:
Jak będzie zachowywał się ziemniak włożony do wody z solą?
Przeczytaj także: Analiza dzbanków filtrujących wodę z RO
Hipoteza:
Ziemniak we wodzie z solą będzie ulegał zjawisku osmozy.
Przebieg doświadczenia:
- Ziemniaka przekrój na pół.
- W obu połówkach wytnij łyżeczką otwory.
- Do jednego ziemniaka nasyp soli (pół łyżeczki z wodą), a do drugiego, czyli do próby kontrolnej, nalej wody.
- Po kilku godzinach zrób obserwację i zapisz wnioski.
Obserwacje:
- Ziemniak nr 1 (z solą): Ziemniak z solą pochłonął sól i wypuścił wodę, sczerniał i zrobił się miękki.
- Ziemniak nr 2 (z wodą): Ziemniak z wodą pochłonął małą część wody.
Wyniki doświadczenia z ziemniakiem:
Możemy stwierdzić, że zmiana masy próbek została spowodowana przez osmozę. W wyniku tego zjawiska, w zależności od stężenia środowiska zewnętrznego woda wnikała lub wypływała z komórek ziemniaka - rolę błony półprzepuszczalnej pełniła tu m.in. ich błona komórkowa. Zmiana zawartości wody była na tyle duża, że ujawnił ją pomiar masy kostek. Potwierdza to także wygląd kostek po wyłowieniu ich z roztworu - jedna z nich dosyć wyraźnie zmniejszyła swoje wymiary, a także stała się miękka.
Poniższa tabela przedstawia wyniki doświadczenia z wykorzystaniem kostek ziemniaka zanurzonych w roztworze hipotonicznym i hipertonicznym:
| Roztwór hipotoniczny | Roztwór hipertoniczny | |
|---|---|---|
| Masa kostki - początkowa [g] | 3,23 | 3,00 |
| Masa kostki - końcowa [g] | 3,76 | 2,48 |
| Zmiana masy [g] | +0,53 | -0,52 |
| Zmiana masy [%] | +16,4% | -17,3% |
Wniosek:
Ziemniak wypełniony wodą napęczniał i roztworu w nim ubyło. Stał się twardy, bo wchłonął wodę do środka komórek, sok komórkowy jest tu hipertoniczny względem roztworu znajdującego się w środku. Zachodzi tu zjawisko osmozy. Ziemniak napełniony roztworem soli z wodą obkurczył się i zmięknął, bo ten roztwór był hipertoniczny.
Ważnym przejawem osmozy jest istnienie zjawiska plazmolizy. Można je stwierdzić w przypadku wielu komórek roślinnych. Wygodnie jest zastosować liście spichrzowe cebuli zwyczajnej Allium cepa. Wewnętrzna skórka tych liści jest zbudowana z cienkiej warstwy komórek, które można łatwo obserwować w mikroskopie świetlnym przy wykorzystaniu niezbyt dużych powiększeń.
Przeczytaj także: Vontron w Akwarystyce: Opinie Użytkowników
tags: #osmoza #doświadczenie #ziemniak
