이 실험 소개
이상화된 감자 원기둥을 다량의 설탕 용액이 담긴 수조에 넣고 질량 변화를 살펴봅니다. 물은 외부와 내부의 수분 퍼텐셜 차이에 반응해 이동합니다. 이 모델은 내부 용질과 건조 물질을 유지하며, 세포벽 압력은 팽창에 저항합니다. 특정 감자 품종의 측정값을 예측하기보다는 삼투 경향을 보여 줍니다.
학습 목표
- 수분 퍼텐셜 차이로 물의 유입 또는 손실을 예측합니다
- 수조 농도를 질량 변화의 방향 및 백분율과 연관 짓습니다
- 변화 속도에 미치는 영향과 평형 질량에 미치는 영향을 구분합니다
- 감자 원기둥을 이용한 고전적인 실험을 계획하고, 질량 변화율 그래프에서 등장점을 찾으세요.
사용 방법
- 10.10 mol/L 용액에서 시작해 처음 몇 분간 진행해 보세요. 내부와 외부의 수분 퍼텐셜을 비교하세요.
- 20.30 mol/L의 등삼투 프리셋을 선택하세요. 질량 곡선이 평평한 이유를 설명하세요.
- 30.60 mol/L 용액을 사용해 물의 이동 방향과 질량 변화를 비교하세요.
- 4용액 농도를 일정하게 유지하면서 수리 전도도를 바꾸고, 동일한 예측 평형 질량에 도달하는 데 걸리는 시간을 비교하세요.
- 5농도가 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.6 mol/L인 용액에 60분 동안 담근 뒤 질량 변화를 기록하세요. 농도에 따른 질량 변화율을 그래프로 나타내고, 선이 0과 만나는 지점을 찾으세요.
모델
가정
- 용액은 농도를 일정하게 유지할 만큼 충분히 많습니다. 용질은 막을 통과하지 않으며, 물만 이동해 시료의 질량을 변화시킵니다.
- 초기 세포액 농도는 0.30 mol/L, 온도는 298 K이며, 초기 물 부피비 r은 1입니다.
- 세포벽 압력은 초기 물의 양보다 많을 때 선형적으로 증가하고, 그보다 적을 때는 0입니다. 조직 손상, 대사, 세포의 세부적인 기하 구조 및 능동 수송은 고려하지 않았습니다.
- 이 모델은 적분 간격을 0.05분으로 하여 RK4를 사용합니다. 수리 전도도는 상대값이며, 시료 크기에 따른 표면적 효과는 포함되지 않았습니다.
- 매개변수는 설명을 위한 예시입니다. 실제 조직의 등장 농도와 질량 변화 곡선은 해당 조직을 대상으로 측정해야 합니다.
수업에서 해 보기
- Q1주변 용액에 설탕이 들어 있는데도 물이 시료 안으로 들어가는 이유는 무엇인가요?
- Q2전도도를 바꾸면 평형 조건이 아니라 평형에 도달하는 속도가 달라지는 이유는 무엇인가요?
- Q3세포 안팎의 용질 농도가 같아지기 전에 탄성 세포벽 압력이 팽윤을 멈출 수 있는 이유는 무엇인가요?
- Q4학교 실험에서는 질량 변화량을 그램으로 기록하는 대신 질량 변화율을 기록하는 이유가 무엇인가요?
- Q5상추 잎은 짠 드레싱에 넣으면 시들지만 차가운 물에 넣으면 아삭해지는 이유가 무엇인가요?
자주 묻는 질문
0.30 mol/L가 모든 감자의 등장 농도인가요?
아닙니다. 이는 이 이상화된 모델에서 선택한 초기 농도입니다. 실제 감자는 품종, 생육 조건 및 저장 상태에 따라 다르므로 실제 실험이 필요합니다.
초기 질량을 두 배로 늘려도 백분율 변화가 달라지지 않는 이유는 무엇인가요?
이 모델은 모든 샘플에 동일한 상대 수리 전도도와 수분 비율을 사용합니다. 실제 표면적과 원통의 크기가 물 수송에 미치는 영향은 의도적으로 제외합니다.
무게를 재기 전에 감자 원기둥의 물기를 닦아 말려야 하는 이유는 무엇인가요?
표면에 붙어 있는 물은 조직 안으로 들어가지 않았는데도 질량을 더합니다. 각 시료를 같은 방식으로 닦아 내면 측정된 변화가 삼투에 의해 실제로 이동한 물을 반영하게 됩니다.