Deutsch

Osmose in Kartoffelzylindern

MittelschuleBiologieIdealisiertes Kartoffelgewebe mit unveränderter Menge an gelösten Stoffen, einem anfänglichen Wasseranteil von 80 % und elastischem Zellwanddruck
Netto-Wasseraufnahme0.0 min
02.5123.4244.2365.0485.9606.8Probenmasse (g)Zeit (min)

Über dieses Experiment

Lege einen idealisierten Kartoffelzylinder in ein großes Zuckerbad und beobachte seine Massenänderung. Wasser reagiert auf den Unterschied zwischen dem Wasserpotenzial außen und innen. Das Modell erhält die inneren gelösten Stoffe und die Trockenmasse, während der Zellwanddruck dem Quellen entgegenwirkt. Es veranschaulicht Osmosetrends, anstatt Messwerte für eine bestimmte Kartoffelsorte vorherzusagen.

Lernziele

  • Vorhersagen, ob Wasser aufgrund von Wasserpotenzialunterschieden ein- oder austritt
  • Den Zusammenhang zwischen Badkonzentration und Richtung sowie prozentualer Massenänderung herstellen
  • Auswirkungen auf die Änderungsrate von Auswirkungen auf die Gleichgewichtsmasse unterscheiden
  • Plane das klassische Experiment mit Kartoffelzylindern und ermittle anhand eines Diagramms der prozentualen Massenänderung den isotonischen Punkt.

Anleitung

  1. 1Beginne mit einem Bad von 0,10 mol/L und spiele die ersten Minuten. Vergleiche das Wasserpotenzial innen und außen.
  2. 2Wähle die isotonische Voreinstellung mit 0,30 mol/L. Erkläre, warum die Massekurve flach verläuft.
  3. 3Probiere ein Bad mit 0,60 mol/L aus und vergleiche die Richtung der Wasserbewegung und die Massenänderung.
  4. 4Ändere bei einer Badkonzentration die hydraulische Leitfähigkeit und vergleiche die Zeit, bis dieselbe vorhergesagte Gleichgewichtsmasse annähernd erreicht wird.
  5. 5Erfasse nach 60 Minuten die Massenänderung für Lösungen mit Konzentrationen von 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 und 0,6 mol/L. Trage die prozentuale Änderung gegen die Konzentration auf und ermittle, wo die Linie die Null schneidet.

Das Modell

Wasserpotenzial des Bads in MPa in Abhängigkeit von der Konzentration in mol/L bei 298 K
Innenpotenzial bei konserviertem gelöstem Stoff und einem elastischen Wandkoeffizienten von 2 MPa
Relative Änderung des Wasservolumens, angetrieben durch die Differenz der Wasserpotenziale
Die Trockenmasse bleibt konstant, und das anfängliche Wasser macht 80 % der Masse aus.

Annahmen

  • Das Bad ist groß genug, um eine konstante Konzentration aufrechtzuerhalten. Der gelöste Stoff passiert die Membran nicht; nur Wasser verändert die Probenmasse.
  • Die anfängliche Konzentration des Zellsafts beträgt 0,30 mol/L, die Temperatur 298 K und das anfängliche Wasser-Volumenverhältnis r = 1.
  • Der Wanddruck steigt oberhalb des anfänglichen Wasservolumens linear an und ist darunter null. Gewebeschäden, Stoffwechsel, die detaillierte Zellgeometrie und aktiver Transport werden nicht berücksichtigt.
  • Das Modell verwendet RK4 mit einem Integrationsschritt von 0,05 Minuten. Die hydraulische Leitfähigkeit ist relativ angegeben; Effekte der Probenoberfläche aufgrund der Probengröße werden nicht berücksichtigt.
  • Die Parameter dienen der Veranschaulichung. Reale Kurven für isotone Konzentration und Massenänderung müssen am tatsächlichen Gewebe gemessen werden.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum gelangt Wasser in eine Probe, obwohl die umgebende Lösung Zucker enthält?
  2. Q2Warum beeinflusst eine Änderung der Leitfähigkeit die Annäherungsgeschwindigkeit, nicht aber die Gleichgewichtsbedingung?
  3. Q3Warum kann der elastische Wanddruck die Quellung stoppen, bevor die Konzentrationen gelöster Stoffe innen und außen gleich sind?
  4. Q4Warum wird in Schulversuchen die prozentuale Massenänderung erfasst und nicht die Änderung in Gramm?
  5. Q5Warum wird ein Salatblatt in salzigem Dressing welk, in kaltem Wasser aber knackig?

Häufig gestellte Fragen

Ist 0,30 mol/L die isotone Konzentration jeder Kartoffel?

Nein. Dies ist die gewählte Anfangskonzentration dieses idealisierten Modells. Reale Kartoffeln unterscheiden sich je nach Sorte, Wachstumsbedingungen und Lagerung; daher ist ein tatsächlicher Versuch erforderlich.

Warum bleibt die prozentuale Änderung unverändert, wenn man die Anfangsmasse verdoppelt?

Dieses Modell verwendet für jede Probe dieselbe relative hydraulische Leitfähigkeit und denselben Wasseranteil. Es lässt bewusst unberücksichtigt, wie sich die tatsächliche Oberfläche und die Zylinderabmessungen auf den Wassertransport auswirken.

Warum müssen die Kartoffelzylinder vor dem Wiegen trocken getupft werden?

An der Oberfläche haftendes Wasser würde die Masse erhöhen, ohne jemals in das Gewebe eingedrungen zu sein. Wenn jede Probe auf dieselbe Weise trocken getupft wird, spiegelt die gemessene Veränderung das Wasser wider, das sich tatsächlich durch Osmose bewegt hat.