20ZellenWasserOsmose

SEKUNDARSTUFEN

Zellen: Wasser Lösungen Osmose

Experimente und Informationen: Wassereigenschaften Membran Lösungen Emulsionen, Salze und pH-Wert,

Osmose: Wassertransport, osmotischer Druck von Lösungen, Hühnerei als osmotische Zelle, Osmosewirkung bei roten Blutkörperchen im Blut Osmosetheorie Osmotisch bedingter Druck Quizz zu Osmosevorgängen

Eigenschaften von Wasser

Wasser ist ein besonderer Saft!

In Analogie zur Blutunterschrift von Dr. Faustus sind weder Blut noch Wasser besondere Säfte. Blut ist einflüssiges Organ, Wasser ist eine oft flüssige Verbindung.

Aber trotzdem: Wasser hat einige Besonderheiten: .

Auf Grund der Dipolstruktur des Wassermoleküls gibt es messbare Bindungen zwischen den einzelnen Wassermolekülen (Wasserstoff-brücken- Bindungen).

Wasser ist bei Erdtemperaturen flüssig. (OH₂)

-- vergleichbare Substanzen wie Ammoniak (NH₃) oder Schwefelwasserstoff (SH₂) sind Gase.

Lösungsverhalten von Wasser mit Substanzen

Wasser bildet Hydrathüllen um andere Stoffe mit geringem Diplomcharakter herum.

Wasser löst andere Stoffe in sich (Lösungen), oder dringt in andere hochmolekulare Substanzen (wie Stärke) ein (Quellung).

Wasser bildet mit Stoffen, die keine OH-Gruppen haben, Grenzflächen aus.

Wasser bildet mit Stoffen, die mit einem hydrophilen und hydrophoben Ende ausgestattet sind (Dipolmoleküle), Membranen aus.

Ohne diese Eigenschaften von Wasser wäre Leben auf der Erde nicht möglich.

Versuch 1

Wir stellen Zellen her!

Material: Seifenlauge, Wasser, transparente Schale, Strohhalm

Vorgehen:

gebe 100 ml Wasser in die Schale
dazu einige Tropfen Seifenlauge oder Spülmittel
Mische gut durch und blase dann mit dem Strohhalm in die Lösung

Beobachtung:

Erklärung:

Die Luft wirkt wie ein Stoff ohne Wasserstoffbrückenbindung. -- Das Wasser bildet Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolokülen aus.

Das Spülmittel ist ein Detergens: das eine Ende des vergleichsweisen großen Moleküls ist hydrophil, das andere Ende ist hydrophob.

Die Folge ist: das Molekül des Spülmittels lagert sich zwischen Luft und Wasser an. Das Einblasen von Luft vergrößert viel tausend fach die Oberflächen. Durch den Überdruck von Luft im Innenraum der Blase entsteht eine Schicht aus Wasser-Spülmittel-Luft. Diese Schicht ist so stabil, dass man sie gut beobachten kann. Man spricht dann von einer Membran.

Im Grunde sind alle Biomembranen nach diesem Prinzip aufgebaut. Jede Zelle ist von solch einer Membran umgeben. Die Biomembranen sind sehr unterschiedlich zusammengestzt, je nachdem welche anderen Stoffe eingelagert sind.

Modell einer wirklichen Biomembran

Man geht davon aus, dass Biomembranen

ähnlich vielfältig aufgebaut sind wie Enzyme

Wasser Lösungen:
bio-physikalischer Hintergrund

Diffusion Diffusion: Die Tendenz von Teilchen, sich in einem gegebenen Raum möglichst weiträumig zu verteilen, nennt man Diffusion. Diffusionserscheinungen findet man bei Stoffen, die sich untereinander lösen können, also hydrophile Stoffe untereinander oder hydrophobe Stoffe untereinander. Dabei wird eine größtmögliche Unordnung angestrebt: die Entropie erreicht den Maximalwert. Bei üblichen Temperaturen haben feste Stoffe die geringste Entropie und Gase die höchste, Flüssigkeiten liegen dazwischen. Die Geschwindigkeit der Diffusion steigt mit der Temperatur. Beim absoluten Nullpunkt findet auch keine Diffusion mehr statt. Stoffe, die sich auf Grund ihrer Molekülstruktur gegenseitig abstoßen, diffundieren auch nicht ineinander: z.B. Öle und Wasser. Info: Die „freiwillige“ Verteilung von zwei Stoffen ineinander ohne, dass sie miteinander reagieren, nennt man Diffusion. Beobachtungen: Im Mikroskop lässt sich schon bei geringer Vergrößerung ein „Zittern“ von Teilchen in Lösungen feststellen, das von der Temperatur der untersuchten Lösung abhängig ist. Die Bewegung wurde schon früh auf die Bewegung der einzelnen Moleküle zurückgeführt (Brown`sche Molekularbewegung, nach dem britischen Botaniker Brown, der sie 1827 entdeckte). Bei Gasen bewirkt die Molekularbewegung, dass sie sich in jedem Volumen vollständig verteilen. In Flüssigkeiten findet die Verteilung ebenfalls statt, aber wesentlich langsamer und auch in Abhängigkeit von der Größe der Moleküle und der Erdanziehung. Die Verteilung von Teilchen ist zufällig und ohne Richtung. Verschiedene Substanzen diffundieren in Abhängigkeit von ihrem Molekulargewicht sehr verschieden schnell in andere Substanzen, z. B: bei O Grad: Wasserstoff 1700m/Sek Kohlenstoffdioxid 450m/Sek Sauerstoff 425m/Sek Quecksilberdampf 170m/Sek Aus den Zahlen ergibt sich, dass die Diffusion der biologisch wichtigen Gase bei den geringen Strecken innerhalb von Zellen für den Stoffwechsel ausreicht. Eine Daumenregel besagt: Bei Entfernungen von unter 1mm ist die Diffusionsgeschwindigkeit für Lebewesen ausreichend groß. (Aber: Bei körperlichen Hochleistungen reicht die Transportmechanismen für Sauerstoff zB. bei Muskelzellen des Menschen nicht aus. Um zu überleben, können sie eine „Sauerstoffschuld“ eingehen -- im Gegensatz zu den Gehirnzellen.). Diffusion und Lebewesen: Im Bereich der lebenden Zelle ist die Diffusion der Stoffe ausreichend, um alle chemischen Umsetzungen in kürzester Zeit durchführen zu können. Bei Vielzellern muss der „Stoffwechsel“, der ja immer auch mit Stofftransporten verbunden ist, durch besondere Vorrichtungen bezüglich der Beschleunigung von Diffusionsvorgängen, unterstützt werden. Dies wird durch Pumpsysteme für Nährstoffe, für Gase: O2 und CO2 (Blutkreislauf bei Landwirbeltieren, Kiemenatmung bei Fischen, (Tracheenatmung bei Insekten) sowie durch extreme Oberflächenvergrößerungen (Darm, Lunge, Kapillarwände) gewährleistet. Die biologischen Membranen haben deswegen so große Bedeutung, als sie Diffusionssperren darstellen, die Reaktionsräume voneinander abgrenzen, indem für bestimmte Stoffe die Diffusion verhindert wird.

Versuch 1
Warum zittern bestimmte Stoffe im Wasser?

Material: Mikroskop, Objektgläschen, Tusche, Löwenzahnsaft, Kondensmilch, Holzkohle, Kerze

Durchführung:

1)    Der freiwerdende Saft von Löwenzahnstengeln oder von Wolfsmilch-Pflanzen wird in Wasser aufgeschlämmt und unter dem Mikroskop beobachtet. Man kann auch Tusche verwenden.
2)    Verfolge die Bewegung der kleinen Teilchen: Ist die Bewegung von der Teilchengröße abhängig? Was passiert, wenn man den Objektträger leicht erwärmt?
3)    Verdünne Kondensmilch in Wasser und beobachte ebenfalls unter dem Mikroskop. Vergleiche die Beobachtungen in Versuch1) und in Versuch3): Was ist daraus zu folgern?
4)    Bringe etwas Holzkohlenstaub (Zeichenbedarf) auf Wasser. Was ist im Mikroskop zu beobachten?

Erwärme die Aufschlämmungen auf dem Objektträger vorsichtig von der Seite her und beobachte erneut:

Was geschieht?

Versuch 2

Wie sich Kaliumpermanganat in Wasser verteilt

Für diesen Versuch wählt man Kaliumpermanganat, weil das Salz eine eigene Farbe hat und sich daher leicht beobachten lässt.

Versuch

Löse etwas Kaliumpermanganat In Wasser bis eine tiefrote Färbung entsteht.
Fülle ein Reagenzglas mit klarem Wasser, halte den Daumen auf die Öffnung
Stelle das gefüllte Reagenzglas in die Kaliumpermanganatlösung, so dass möglichst wenig Wasser herausläuft;
Befestige das Reagenzglas mit einer Halterung (Abb.);

Beobachte,was geschieht. Notiere den Stand der Färbung alle 2 Stunden

Versuch 3

Diffusion in Gelatine

(Man wählt Gelatine, damit die Diffusion langsamer verläuft und sich besser beobachten lässt. Gelatine ist eine Verbindung, die Wasser in sich einlagert und dabei viskos (nicht mehr flüssig) wird.

These: Die Diffusionsgeschwindigkeit ist vom sich lösenden Stoff abhängig und auch von der Viskosität des Lösungsmittels.

Material: einige Reagenzgläser, zwei Bechergläser,

Chemikalien: Gelatinepackung (Kaufhaus), Kupfersulfat, Ammoniak-Lösung,

Versuchsaufbau und Reaktionsverlauf:

1.    Man stellt ca. 100ml einer 5%ige heißen Gelatinelösung her (5g Gelatine in 95ml Wasser aufkochen und etwas abkühlen lassen.
2.    Man füllt ein frisches Reagenzglas 25ml der noch heißen Gelatinelösung und gibt Kupfersulfatlösung zu.
3.    Nach Festwerden dieser blau gefärbten Gelatinelösung werden wieder 25ml Gelatinelösung hinzugegeben.
4.    In einem zweiten Reagenzglas werden 25ml Gelatinelösung noch flüssig mit wenigen ml Ammoniaklösung versetzt, umgeschüttelt.
5.    Diese Gelatinelösung mit Ammoniak wird nun auf die schon fest gewordene Gelatine (2) gegeben. Man lässt alle drei Schichten fest werden.

Beobachtung:

Sowohl der farblose Ammoniak aus Schicht (1) wie auch das Kupfersulfat aus Schicht (3) diffundieren in die Zwischenschicht (2). Nach einigen Stunden bildet sich ein Tiefblauer Ring(2a), der langsam in Richtung (1) wandert.

Erklärung: Trifft Kupfersulfat auf Ammoniak, bilden sich Tetraamin-Kupfer-Ionen, die tief Blau gefärbt sind. Da Ammoniak schneller diffundiert als das wesentlich schwerere Kupfersulfat, bildet sich der Ring zuerst in der Nähe der Schicht (3) (2a). Die blaue Farbe wandert dann langsam in Richtung der Schicht (1). Mit Hilfe einer solchen Farbreaktion kann man nachweisen, dass der Ort des entstehenden Farbrings von der Diffusionsgeschwindigkeit der Stoffe abhängt. Die Diffusionsgeschwindigkeit auch von der Größe der gelösten Stoffe abhängt, letztlich vom Molekulargewicht.

Die Gelatinelösung dient dazu, den Vorgang so langsam zu gestalten, dass man die Reaktion auch verfolgen kann.

Bestätige den geschilderten Ablauf! Erkläre die Beobachtungen!

Bestätige den geschilderten Ablauf!

Erkläre die Beobachtungen!

Versuch 4

Untersuchung von Emulsionen

Emulsionen sind Mischungen von Stoffen, die sich nicht ineinander lösen und die auch nicht miteinander reagieren.

1: Margarine:

Margarine ist eine Öl-in-Wasser-Emulsion. Lecithin aus dem Eigelb stabilisiert die Emulsion, die sonst nicht haltbar wäre.

Geräte: Becherglas, Rührstab Glas, Thermometer, Kochplatte, Wasserbad mit Eiswasser.

Substanzen: 15g Kokosfett, Olivenöl, Milch, frisches Eigelb, Kochsalz

nach: J. Reiss, Alltagschemie im Unterricht, Aulis Verlag Deubner & Co KG, Köln, 1963.

Herstellung:

1)    bei 45⁰ werden 15g Kokosfett geschmolzen,
2)    Zugabe von 1 Esslöffel Olivenöl
3)    Zugabe von 1 TL Milch
4)    Zugabe von 1 TL frischem Eigelb und etwas Salz
5)    Alles vermischen
6)    Im Eiswasserbad solange rühren, bis die Masse fest geworden ist.

2: Salbe:

Substanzen:

10g Wollfett, 40g süßes Mandelöl, 7g Bienenwachs, 40g Rosenwasser (Drogerie) oder ein anderer Duftstoff, Messerspitze Borax

möglich: etwas Lecithin aus Eigelb zufügen. nach: Natw-im Unterricht: 7/1981

Was ist zu tun?

1)    Fülle Mandelöl, Bienenwachs, Wollfett in eine hohe Plastikschüssel;
2)    Stelle die Schüssel in ein Wasserbad und schmelze die Fette unter Rühren;
3)    Erwärme das Rosenwasser mit dem Borax in einem anderen Topf
4)    Rühre langsam mit dem Mixer auf unterster Stufe das Rosenwasser in die Fettmischung;
5)    Nimm de Topf aus dem Wasserbad und rühre weiter, bis die Salbe fest wird.
6)    Fülle eine kleine saubere Dose mit der Salbe.Vorsicht: die Salbe ist nur 2 Wochen haltbar!

3) Milch:

Weise nach, dass Schlagsahne eine Emulsion ist!

Was ist zu tun?

Presse die Fettbrocken mit einem Plastiklöffel zu einer Masse zusammen und nehme sie aus der Flüssigkeit.

Es entsteht: ………………… und …………………………

Was bleibt übrig? ……………………… ……… und ……………………………………...

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Entscheide: Ist Schlagsahne eine Emulsion von Fett in Wasser? Ist Butter eine Emulsion von Wasser in Fett?

Frage: Ist Nebel eine Emulsion? Stellt das Spülwasser eine Emulsion dar?

Versuch 5

Bestimmte Stoffe lösen sich nicht in Wasser

Material: Olivenöl, Zitronensaft, Milch, verschiedene Stoffe

Durchführung

Bringe etwa 1 ml Olivenöl auf etwa 4 ml Wasser in einem Reagenzglas.
Schüttle gut um und beobachte, was geschieht!
Untersuche die Randzone von Öl und Wasser mit der Lupe. Was ist zu beobachten?
Gebe etwas Wasser in ein Reagenzglas und füge Säfte oder Stoffe nach Deiner Wahl zu. Beobachte, was passiert!

Aufgabe:
Nenne Beispiele, bei denen die Diffusion eine Rolle spielt – aus Natur, Technik und Chemie!
Nenne Beispiele, bei denen eine Diffusion keine Rolle spielt!

Wasser und Salze

Säuren und Laugen Fachliche und didaktische Anmerkungen: Sinn des Versuchs ist nicht, dass sich Schüler eingehend mit Säuren oder Laugen befassen. Vielmehr soll der Versuch dazu dienen, exemplarisch naturwissenschaftliche Vorgehensweisen kennen zu lernen: Man nutzt Hilfsmittel, um durch Messung etwas mehr über die Eigenschaften hier von Lösungen zu erfahren. Das Hilfsmittel hier ist ein Farbstoff, der seine Farbe je nach der Konzentration von Protonen in der Lösung ändert (Indikatorstoff). Solche Indikatoren kann man sich selbst herstellen, wie der Rotkohlsaft. Es gibt aber auch geeichte Papiere, die mit Farbstoffen getränkt sind, die auf Grund differenzierten Farbänderungen den genauen Gehalt an Protonen bzw. Hydroxydionen anzeigen (pH-Papiere) und auch Glaselektroden, die elektronisch de pH- Wert anzeigen (pH-Meter) Der pH- Wert hat sich als sehr wichtiges Merkmal für Lebewesen herausgestellt: Als Testlösung wird gefärbter Saft aus Rotkohl verwendet. Für die meisten Lebewesen ist ein pH-Wert von unter 5 oder von über 8 tödlich. Rotkohlsaft: Ein Rotkohlblatt wird in kleine Stücke gerissen und mit etwas Wasser 2-3 Minuten aufgekocht. Der Saft kann sofort nach dem Abkühlen verwendet werden und ist im Kühlschrank einige Tage haltbar. Er zeigt bei reinem Wasser (Neutral) die Farbe Blau. Nachdem die Farbveränderungen bei Essig und Seifenlauge bekannt sind, können weitere Lösungen untersucht werden, immer unter dem Gesichtspunkt: noch Leben möglich oder nicht mehr. Erwartete Ergebnisse Zuckerwasser, Salzwasser: neutral; blau; Mineralwasser (frisch geöffnet), Zitronensprudel, Essig verdünnt: sauer; rot – violett - rot; Seifenlösung, Natronlösung, Waschmittellösung: alkalisch – grün. 2) Nutzung von pH Papier: Hier lassen sich deutlich genauere Abstufungen erkennen – das Prinzip ist aber das gleiche. Tipps: Stark alkalische Lösungen färben den Rotkohlsaft unter Zerstörung des Farbstoffs gelb. Die schwachen Laugen, welche aus Sicherheitsgründen benutzt werden sollten, zeigen daher oft die Mischfarbe Grün aus Gelb (stark alkalisch) und Blau (neutral). Der Versuch sollte vorher kurz ausprobiert werden, damit man nicht von unerwarteten Farben überrascht wird.

Versuch 6

Wie reagieren Salze mit Wasser?

Material: Bechergläser, Pipetten aus Plastik, Rotkohlsaft, pH-Papier
Flüssigkeiten: z. B. Haushalts-Natronlösung, Salzwasser, Zitronensaft, Seifenlösung, Zuckerwasser, stark verdünnter Essig, frisches Mineralwasser mit Kohlensäure, verdünnte Waschmittellösung, stark verdünnte Lösung von Rohrreiniger, verschiedene Flüssigkeiten zum Testen (z.B. Öl oder Haushaltsalkohol)
Erprobung mit Rotkohlsaft

1. Herstellung von Rotkohlsaft: Ein Rotkohlblatt wird in kleine Stücke gerissen und mit etwas Wasser 2-3 Minuten aufgekocht. Der Saft kann sofort nach dem Abkühlen verwendet werden und ist im Kühlschrank einige Tage haltbar. Er zeigt bei reinem Wasser (Neutral) die Farbe Blau.

2 Test

Beginne mit 3 Gläsern

Glas 1: Gib zwei Fingerbreit Zitronensaft in ein Reagenzglas
Glas 2: Fülle mit ebenso viel Wasser
Glas 3: Gib eben so viel Seifenlauge zu.

1) Herstellung von Rotkohlsaft: Ein Rotkohlblatt wird in kleine Stücke gerissen und mit etwas Wasser 2-3 Minuten aufgekocht. Der Saft kann sofort nach dem Abkühlen verwendet werden und ist im Kühlschrank einige Tage haltbar. Er zeigt bei reinem Wasser (Neutral) die Farbe Blau.
Nachdem die Farbveränderungen bei Essig und Seifenlauge bekannt sind, können weitere Lösungen untersucht werden, immer unter dem Gesichtspunkt: noch Leben möglich oder nicht mehr. Erwartete Ergebnisse Zuckerwasser, Salzwasser: neutral; blau; Mineralwasser (frisch geöffnet), Zitronensprudel, Essig verdünnt: sauer; rot – violett - rot; Seifenlösung, Natronlösung, Waschmittellösung: alkalisch – grün.
2) Nutzung von pH Papier: Hier lassen sich deutlich genauere Abstufungen erkennen – das Prinzip ist aber das gleiche.
Tipps: Stark alkalische Lösungen färben den Rotkohlsaft unter Zerstörung des Farbstoffs gelb. Die schwachen Laugen, welche aus Sicherheitsgründen benutzt werden sollten, zeigen daher oft die Mischfarbe Grün aus Gelb (stark alkalisch) und Blau (neutral). Der Versuch sollte vorher kurz ausprobiert werden, damit man nicht von unerwarteten Farben überrascht wird.

Rohrreiniger   als alkalische Lösung

muss   1 zu 20 verdünnt werden!! Ätzend


Alkalische Seifenlösung stellt man am einfachsten aus geraspelter Kernseife (Haushaltszubehör) her, in Wasser aufgelöst. - Viele moderne Seifen oder Waschlotionen reagieren eher sauer („mit dem pH-Wert der gesunden Haut“). Auch dies kann geprüft werden.
Entsorgung: Alle Reste können problemlos stark verdünnt in den Ausguss gegeben werden.
vgl: Schneider, V. u. Th. Zahn: Beiträge zur Didaktik, Shaker Verlag 2008 ,
http://de.wikipedia.org/wiki/PH-Wert
http://www.gesundheit.de/ernaehrung/saeure-und-basen-gleichgewichthttp://www.umweltdatenbank.de/lexikon/ph-wert.htm

Aufgabe: Schreibe auf, welches Glas welche Flüssigkeit enthält. Gib jetzt in jedes Glas jeweils 2 Pipetten voll Rotkohlsaft. Notiere Deine Beobachtungen in der Tabelle.

Nun kannst Du die anderen Flüssigkeiten untersuchen.

Wichtig: Benutze jedes Mal ein sauberes Glas und notiere alles in der Tabelle.

Versuch 3: Anwendung pH- Papier: Man reißt ein kleines Stück pH Papier ab, legt es auf eine neutrale Unterlage (Alufolie) und tupft mit einem Glasstab wenig der zu untersuchenden Flüssigkeit auf. (-Das pH- Papier ist mit verschiedenen Farbstoffen getränkt, die in Kombination eine Farbveränderung anzeigen, die einem bestimmten pH-Wert entspricht).

Fülle die Tabelle aus!

Aufgabe:

Notiere in ROT, welche Lösungen stark ätzend und giftig sind.

Notiere in BLAU, welche Laugen stark giftig sind. Nutze dazu die pH-Wert-Tabelle!

Giftig: Säuren mit pH Werten von 4 bis 1

Giftig: Laugen mit ph Werten von 8 bis 14

Lebende Zellen und Wasser: Osmose

Osmose Unter Osmose versteht man eine gerichtete Diffusion von gelösten Substanzen, wie sie an biologischen Membranen und auch an künstlich hergestellten dünnen Schläuchen mit begrenzter Durchlässigkeit (Semipermeabilität) zu beobachten ist. Die Unterscheidung: Diffusion = Verteilung von lösbaren Stoffen im Lösungsmittel – Diffusion ist abhängig von der Temperatur, der Größe der zu lösenden Stoffteilchen, der mechanisch herbeigeführten Durchmischung. Emulsionen = In Emulsionen sind die Teilchen so groß, dass ein Osmotischer Druck nicht aufgebaut wird. Mischungen = Verteilung von großen Molekülen, die sich nicht ineinander lösen. Starke Trübung Lösungen = In Lösungen verteilen sich die Stoffe möglichst homogen. Eine Lichtstreuung wird nicht beobachtet. Osmose = Verteilung von lösbaren Stoffen, die durch eine teilweise durchlässige Membran voneinander getrennt sind. – Sie ist abhängig von der Größe der Poren in der Membran, der Größe der Teilchen, der Temperatur sowie von der mechanischen Durchmischung. Turgor = der sich in lebendem Gewebe aufbauende Druck durch eine Erhöhung der Stoffkonzentrationen in den Vakuolen der einzelnen Zellen. Bedeutung: Für Lebewesen spielt die Osmose eine lebenswichtige Rolle. Auf zellulärer Ebene können die Eigenschaften der Plasmamembranen die Verteilung von Stoffen erzwingen oder verhindern. Gleichzeitig wird die passive Wasseraufnahme teilweise geregelt. Der Umgebung gegenüber muss der entstehende Überdruck in der Zelle durch aktives Herauspumpen des eindringenden Wassers (wie bei einigen Einzellern) oder durch entsprechend verstärkte Zellwände (wie bei vielen Einzellern und bei allen höheren Pflanzen) oder durch Herstellung eines osmotisch ausgeglichenen Milieus (wie z. B. bei Menschen durch Einstellung desselben Drucks in Blut, Lymphe und Zellen.) zu den einzelnen Zellen ausgeglichen werden. Andernfalls würden die Zellmembranen durch passive Wasseraufnahme platzen und den Tod der Zelle verursachen. Weiterführend: https://de.wikipedia.org/wiki/Osmose Lit: Schneider, V: Osmose IN Eschenhagen/Kattmann/Rodi: Handbuch des Biologieunterrichts, 1995; http://www.biologie-schule.de/osmose.php

Versuch 7

Entdeckung eines Wassertransports

Vgl. Schneider, V: Osmose IN Eschenhagen/Kattmann/Rodi: Handbuch des Biologieunterrichts, 1995;

Material: große Kartoffeln, Messer, Schaber, 10%ige Zuckerlösung, Wasser, saubere Petrischalen aus Plastik

Durchführung:

1)    Fülle in zwei Petrischalen Wasser
2)    Stelle zwei Kartoffelscheiben von 2 cm Dicke her
3)    Schabe auf einer Fläche eine Vertiefung aus
4)    Lege die erste Kartoffelscheibe wie in der Abb. in das Wasser
5)    Lege die zweite Kartoffelscheibe wie in der Abb. in Zuckerlösung
6)    Koche eine Kartoffel etwa 20 min lang in Wasser,
7)    Stelle eine dicke Scheibe her und fülle in einer dritten Schale wie in der Abb. Zuckerwasser und Wasser ein.

Vorsicht: Aus der Vertiefung darf nichts über den Rand laufen!

Beobachtung:

Erklärung

Versuch 8

Nachweis des „osmotischen Drucks“

Material: frische große Möhre, 10%ige Zuckerlösung, Wasser, Becherglas Glasrohr mit möglichst enger Öffnung, Gummistopfen, Dichtungsmasse

Arbeitsablauf:

Schabe die Möhre innen mit einem langen Spatel oder einem festen Holzstück aus. Verletzte nicht die Schicht der Möhre, die nach außen zeigt.
Fülle Zuckerlösung in den Hohlraum
Verschließe luftdicht mit einem durchbohrten Stopfen
Schiebe das Glasrohr vorsichtig durch die Öffnung des Stopfens
Notiere am äußeren Rand des Glasrohrs, wie hoch die Flüssigkeit steht.
Notiere den Stand der Zuckerlösung nach 10min, nach 20 min, nach 30min

Aufgabe:

Messe im Abstand von 5 min die Höhe der Zuckerlösung im Glasrohr für 20 Minuten

Protokoll:

Versuch 9

Osmotische Wirkungen bei Hühnereiern

Material: 1 große Schale für die Essigsäure, drei 200 ml Bechergläser, Tageslichtschreiber, Haushaltsessig.

Lösungen: konzentrierte Kochsalzlösung, 0,3%ige Kochsalzlösung, Leitungswasser oder destilliertes Wasser.

Tipp: Kochsalz löst sich nur schwer in Wasser, daher die Lösungen am besten einen Tag vorher ansetzen und über Nacht mit einem Magnetfisch rühren. Mit einem Tageslichtschreiber lassen sich die Osmose Vorgänge vergrößert beobachten. Vorsicht: Ein Wasserbad mit Eiswasser zwischen Lampe und Bechergläsern ist notwendig, damit die Eier nicht zu rasch erwärmen und die Eiweiße in der Membran zerstört werden!

Vorbereitung:
Man legt drei gleich große frische Hühnereier in Wasser, in dem man 20ml 20%igem Haushaltsessig zugesetzt hat. Die Essigsäure löst die Kalkschale auf. Es entstehen Blasen von Kohlenstoffdioxid und das lösliche Kalziumsalz der Essigsäure.

Wenn die Schale vollständig aufgelöst ist, wird die äußere Membran sichtbar.

Das noch vollständige und nicht verletzte Ei reagiert nun wie eine einzige riesige tierische Zelle.

Versuch: Je ein Ei wird nun vorsichtig mit einem Löffel in ein Becherglas mit den verschiedenen Lösungen überführt.

Schema

Die Veränderungen lassen sich über den Tagelichtscheiber in etwa 20 lang beobachten.

Dabei dürfen die Wasserschalen nicht zu warm werden!

Aufgaben: Erklären Sie das Verhalten der Hühnerei- Zelle in den verschiedenen Lösungen aus molekularer Sicht!

Fragen: Warum spielt eine etwa 0,3% Kochsalzlösung in der Medizin eine lebenswichtige Rolle?

Versuch 10

Quantitativer Nachweis des Osmotischen Drucks

Einführung: Man kann den osmotischen Druck, den Pflanzenzellen entwickeln, direkt messen. Der Versuch eignet sich besonders für Arbeitsgemeinschaften oder für Arbeitsgruppen. Ein gutes Schulmikroskop ist ausreichend. Als Untersuchungsobjekt wird Rhoeo diskolor oder eine rote Zwiebel empfohlen, da die Vakuolen einen deutlich rot gefärbten Farbstoff enthalten. Dieser erleichtert die Untersuchung erheblich.
Dort, wo der osmotische Druck der Lösung leicht über dem Innendruck der Zellen liegt, wird Wasser ausströmen und das Zellplasma sich von der Zellwand lösen. Man wählt den Wert der Lösung, bei dem 50% der Zellen leichte Plasmolyse (Grenzplasmolyse) zeigen, als osmotischen Wert der Zelle.

Die Tabelle gibt Auskunft darüber, wie Molarität und osmotischer Druck zusammenhängen. Das Ergebnis für die untersuchten Zellen liegt bei 0,2 bis 0,3 Mole / Liter, entsprechend einem osmotischen Druck zwischen 6 und 8 bar(ein Autoreifen hat rund 1,6 bar!!).

Messung: Man bringt einige Zellen in Rohrzuckerlösungen der folgenden Molaritäten: 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 und 0,1 Mol / Liter.

Info: Wüstenpflanzen erreichen unter Umständen einen osmotischen Druck von 80 bar!

Versuch 11

Osmotischer Druck und Zellsaftkonzentration

Material: Speisekartoffeln, Korkbohrer, Messer, stark wandige Reagenzgläser oder entsprechend große Bechergläser, Kochsalzlösungen: 4%, 2%, 1%, 0,5% und reines Wasser (Leitungswasser).

Versuch:
1: Man stellt mit dem Korkbohrer (0,5cm Durchmesser) möglichst lange Stangen des Gewebes der Speisekartoffel her.

2: Kürzung der Stangen auf exakt gleiche Längen (ca. 5 cm)
3: Man bringt drei der Stangenabschnitte in auf 35 Grad erwärmte 4%ige Kochsalzlösung, drei Stücke in 2%ige Kochsalzlösung und 3 Stücke in Leitungswasser
4: Nach 20 min nimmt man die Stücke heraus und stellt möglichst exakt die Längenveränderungen fest. Dazu legt man die Stücke frisch auf eine Glasblatte, die mit mm Papier unterlegt ist.

Protokoll:

Folgerung:

Info: Die Konzentration von Kochsalz, bei der keine Längenveränderung auftritt, entspricht der Konzentration des Zellsaftes in lebenden Kartoffelzellen.

Aufgabe: Schätze ab, wie stark der Zellsaft konzentriert ist (Konzentration als Kochsalzkonzentration gemessen!)

Konzentration des Zellsaftes: ______________________________

Versuch 12

Qualitativer Nachweis des osmotischen Drucks im Blut

Vgl. Schwörer, F. u. V.Schneider: Zur Behandlung der Osmose im Unterricht

NIU 12.367, (1979)

Vorbereitung:

1.    Man mischt 2 Tropfen Rinderblut mit 4 Tropfen 0,9%iger Kochsalzlösung und bewahrt diese Lösung gekühlt auf.
2.    Von der verdünnten Blutlösung bringt man einen Tropfen auf einen sehr sauber gewaschenen Objektträger.
3.    Ziehe mit einem Deckgläschen den Tropfen wie in der Zeichnung über den Objektträger.
4.    Man erhält eine sehr dünne Schicht Blut.
5.    Abdecken der Blutschicht mit dem Deckgläschen, damit das Blut nicht eintrocknet.

Diese Vorbereitung muss man 3mal treffen, weil für jede Lösung jeweils ein neues Präparat hergestellt werden muss,

um gut vergleichen zu können.

Aufgabe 1, 2 und 3:

Man zieht von der Seite her einen aufgebrachten Tropfen einer Lösung durch die Blutschicht und beoabachtet, was geschieht.

Beobachtungen: Zeichnen Sie nur wenige rote Blutkörperchen, diese aber möglichst genau!

Beschreibe mit deinen Worten:

Erklärung??

rote Blutkörperchen

in Wasser

Osmose Theorie

Einführung
Van`t Hoff fand heraus, dass der osmotische Druck abhängig von der Anzahl der gelösten Teilchen, von der Temperatur und der universellen Gaskonstanten.

Es gilt bei verdünnten Lösungen und lebenden Zellen das van`t Hoff -sche Gesetz:

Van`t Hoff Gesetz: Der osmotische Druck ist abhängig

von der Anzahl der gelösten Teilchen,
von der Temperatur und
der universellen Gaskonstanten.

Es gilt bei verdünnten Lösungen und lebenden Zellen das van`t Hoff -sche Gesetz:

Druck_(osm) = c x R x T

Osmotischer Druck = Druck in Pascal gemessen C = Molare Konzentration der Lösung, R = universelle Gaskonstante T = absolute Temperatur
Streng genommen gilt das Gesetz nur für Lösungen unter 0,1 molar.

Der Osmotische Druck wird heute oft die bar oder in Pa (Pascal) angegeben.

Dabei ist:                   1 atm = 1.0 x 10⁵ Pa    = 1.01 Bar

Die Wasseraufnahme kann nicht wirklich geregelt werden, da eine Zelle immer mehr Salze enthält als die Umgebung. Der Umgebung gegenüber muss der entstehende Überdruck in der Zelle durch aktives Herauspumpen des eindringenden Wassers (wie bei einigen Einzellern) oder durch entsprechend verstärkte Zellwände (wie bei vielen Einzellern und bei allen Pflanzen), die dem osmotischen Druck standhalten.
  Bei tierischen Vielzellern gelingt die Zellstabilität durch Herstellung eines ausgeglichenen osmotischen Milieus zwischen Zelle und Umgebung, wie z. B. bei der Lymphe des Menschen in dem die Körperzellen „schwimmen“.

Gelöste Stoffe mit niedrigem Molekulargewicht bewirken einen hohen osmotischen Druck (z.B. Salze, Einfachzucker, Aminosäuren), Stoffe mit hohem Molekulargewicht (z. B. Eiweiße oder Stärke) üben einen geringeren osmotischen Druck aus.

Bedeutung: Für Lebewesen spielt die Osmose eine lebenswichtige Rolle. Auf zellulärer Ebene können die Membraneigenschaften der Plasmamembranen die Verteilung von Stoffen erzwingen oder verhindern.

Versuch 13

Osmose - Modellversuch

Material: große und kleine Glaskugeln, möglichst in unterschiedlicher Farbe, Schuhkarton Pappe mit Einschnitten, die kleinen Kugeln durchlassen

Man besorgt sich große und kleine Glaskugeln (Bastelgeschäft).
Aus einem Schuhkarton bastelt man sich einen Kasten, den man in der Mitte mit einer Art Kamm versieht. Durch die Lücken passen kleinen Glaskugeln, die großen nicht.
Nun verteilt man gleiche Anzahlen der großen und kleinen Glaskugeln in den beiden Abschnitten.
Man schüttelt einige Zeit gut um und beobachtet die Verteilung der Kugeln.

Modellversuch zur Verteilung von Stoffen

an halbdurchlässigen Membranen

Bobachtung und Erklärung:

Versuch 14

Folie aus Cellophan wirkt als semipermeable Membran

Versuchsaufbau zur Verwendung von künstlichen Membranen

z. B. Cellophan Folien (Haushaltswaren)

Variationen: Man führt den Versuch mit 3%iger, 6%iger, 12% und 24%iger Zuckerlösung durch.

Versuchsdurchführung
Herstellung einer Versuchsanordnung nach Abb.
Blasenfreie Einbringung in einen Plastikbecher, den man mit ein Cellophan luftblasenfrei abbindet
Cellophan im Haushaltsgeschäft, Hanfkordel ist besonders geeignet, da sie sich mit Wasser vollsaugt und dabei dicht schließt).Man stellt die Apparatur fertig zusammen.
Bereitung einer Zuckerlösung (10%ig)
Man beobachtet ständig, wie sich die Höhe der Zuckerlösung verändert.

Beobachtung und Erklärung:

Fragen: Was ist zu erwarten? Was geschieht tatsächlich? (Protokoll in Worten):

Was beweist der Versuch?

Informieren Sie sich über Dialysierschläuche.

Ein Beispiel aus der Medizin Informieren Sie sich über Blutwäsche und über Nierenversagen und Therapie.

Inzwischen gibt es in der Industrie Dialysierschläuche, die eine Osmose für bestimmten Substanzen ermöglichen.

Variationen: Man führt den Versuch mit 3%iger, 6%iger, 12% und 24%iger Zuckerlösung durch.

Versuch 15

Demonstration der “Osmose-Kraft”:

Versuch:

Man füllt einen Becher zu einem Viertel mit frisch angerührtem Gips.
Man lässt den Gips fest werden.
Man gibt einige frische Bohnen auf den Gips.
Dann gibt man wieder Gips auf die Bohnen und lässt über Nacht trocknen

Wirkung des osmotischen Drucks bei festen Stoffen (z. B. im Boden)

Zur Erklärung des Wurzelwachstums im Boden

Ergebnis?

Weitere Beobachtungen aus der Umgebung, die die enormen “Kraft” von Pflanzenwurzeln demonstrieren!

Mache Handyfotos von Beobachtungen, die auf Osmosewirkungen hindeuten und versuche eine Erklärung!

Quizz zur Osmose-----

Erkläre folgende Beobachtungen!