BIO-Praktikum zu Osmose und Diffusion: Oktober 2014

Montag, 27. Oktober 2014

Plasmolyse und Deplasmolyse

Plasmolyse und Deplasmolyse:

Information:

Betrachtet man die Zellen des Schuppenhäutchens einer roten Zwiebel im Lichtmikroskop und tauscht man das umgebende Wasser gegen eine Zucker- oder Salzlösung aus, so löst sich bereits nach kurzer Zeit der ganze Protoplast (=Zelle ohne Zellwand) von der Zellwand ab. Diesen Vorgang nennt man Plasmolyse. Die Plasmolyse ist darauf zurückführen, dass Wasser aus dem Protoplasten durch die semipermeablen Membranen von Plasmalemma und Tonoplast durchdringt, die Zucker- oder Salzmoleküle aber nicht in den Protoplasten hineindringen können, weil sie zu gross sind.

Materialien:

Rote Küchenzwiebel, Lichtmikroskop, Objektträger, Deckgläser, Pinzette, Rasierklinge, oder scharfes Messer, Wasser, Kaliumnitratlösung (1mol/l)

Durchführung:

Stelle ein Präparat aus dem rot gefärbten Zwiebelhäutchen her. Das Zwiebelhäutchen sollte nicht grösser als etwa 5 x 5 mm sein. Um eine sehr dünner Stelle zu erhalten ist es am besten, wenn du das Häutchen mit der Pinzette langsam herausreisst. Lege es dann flach und ohne Falten auf den Objektträger, gib einen Tropfen Wasser dazu und bedecke es mit dem Deckgläschen.

Stelle ein zweites Präparat her. Verwende diesmal aber anstelle von Wasser Kaliumnitratlösung.

Aufgabe:

27. Betrachte die Zellen der Zwiebel, ihre Farbintensität und Form und skizziere sie.

28. Beobachte den Vorgang der Plasmolyse im Lichtmikroskop und verschaffe dir Klarheit über den Aufbau der Zelle (Zellwand, Plasmalemma, Tonoplast, Vakuole) sowie den Vorgang der Plasmolyse. Besprich die Plasmolyse mit deinem Nachbarn.

29. Was versteht man unter Plasmolyse und Deplasmolyse?

30. Was versteht man unter Plasmalemm, Tonoplast und Protoplast?

Ergebnis:

27.

Die Zwiebelzelle mit Destiliertem Wasser (oben) und Kaliumnitrat (unten)

29. Wenn sich der ganze Protoplast von der Zellwand ablöst, nennt man diesen Vorgang Plasmolyse. Deplasmolyse ist das Gegenteil.von Plasmolyse, dort wird nämlich der Protoplast wieder an die Zellwand anlegt.

30. Plasmalemma = Membran

Tonoplast = Membran

Protoplast = Zelle ohne Zellwand

Ordnung und Unordnung

Information:

Die Begriffe Ordnung und Unordnung spielen in den Naturwissenschaften eine wichtige Rolle. Das Fachgebiet, das sich intensiv mit Ordnung und Unordnung beschäftigt, ist die sogenannte Thermodynamik. Die Thermodynamik brachte drei Hauptsätze hervor, die von herrvoragender Bedeutung sind. Stark formuliert sagen sie folgendes aus:

Erster Hauptsatz: Die Gesamtenergie des Universums ist konstant.
Zweiter Hauptsatz: Die Gesamtentropie des Universums nimmt stets zu.
Dritter Hauptsatz: Der absolute Nullpunkt der Temperatur ist unerreichbar.

Materialien:

75 Ungeordnete Lego-Bausteine

Durchführung:

Ordne die Lego-Bausteine nach möglichst verschiedene Kriterien.

Nach Farbe sortiert

Nach Form sortiert

Nach dicke sortiert

Alle Legos auf einem Haufen

in 15er Blöcke aufgeteilt

Aufgaben:

22. Was versteht man unter dem Begriff Entropie?
23. Welcher Zustand der folgenden zusammengehörigen Paare von Zuständen hat jeweils höhere Entropie?
a) flüssiges Wasser oder Wasserdampf
b) Fünf Münzen auf einer Tischplatte, von denen vier Kopf und eine Zahl zeigen, oder die gleichen Münzen, wenn sie dreimal Kopf und zweimal Zahl zeigen?
c) 1 Mol gasförmiges CO2 oder 1 Mol CO2 gelöst in Wasser?
24. Wird für die Herstellung/Aufrechterhaltung einer kleinen Entropie Energie benötigt oder nicht?
25. Welcher Zustand der Lego-Bausteine entspricht hoher, welcher kleiner Entropie?
26. In welchem Zusammenhang steht die Entropie mit den Vorgängen Diffusion und Osmose?

Ergebnis:

22. Entropie ist ein Mass für die Unordnung eines Systems. Grosse Entropie = grosse Unordnung
23. a) Wasserdampf
b) dreimal Kopf und zweimal Zahl
c) 1 Mol gasförmiges CO2
24. Ja es wird Energie benötigt.
25. hoche Entropie: alle auf einem Haufen, nach dicke geordnet, wenn die Bausteine 15er Blöcke sind.
tiefe Entropie: nach Farbe sortiert, nach Form sortiert
26. Diffusion macht grosse Entropie, sie ist die Triebkraft der Unordnung.
Osmose führt auch zu Unordnung.

Brown'sche Bewegung

Information:

Als brownsche Bewegung (oder brownsche Molekularbewegung) wird die vom schottischen Botaniker Robert Brown im Jahr 1827 wiederentdeckte Wärmebewegung von Teilchen in Flüssigkeiten und Gasen bezeichnet. Dabei beschreibt jedes Atom oder Molekül eine Bewegung, deren Intensität temperaturabhängig ist. Weniger bekannt ist, dass bereits 1785 Jan Ingenhousz die Bewegung von Holzkohlestaub auf Alkohol beschrieb.

Brown beobachtete unter dem Mikroskop, wie Pollen in einem Wassertropfen unregelmäßig zuckende Bewegungen machten. Ursprünglich und gleichzeitig irrtümlich nahm Brown an, dass dies ein Hinweis auf die Lebenskraft sei, die lange Zeit von Wissenschaftlern als existent vermutet wurde (siehe organische Chemie). Diesen Effekt konnte er aber letzten Endes in weiteren empirischen Experimenten auch an eindeutig unbelebten Staubkörnern beobachten.

Eine beweisbare Erklärung liefern die Moleküle des Wassertropfens, die permanent von allen Seiten gegen die größeren, sichtbaren Pollenteilchen stoßen, wie 1860 durch die maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung auch mathematisch exakt beschrieben werden konnte. Dass es sich um eine Folge der Bewegung der Flüssigkeitsmoleküle und nicht anderer Ursachen handelt, bewies zuerst Christian Wiener 1863 in Experimenten.

Ein Kolloid stößt pro Sekunde etwa 10²¹-mal mit einem Lösungsmittelmolekül zusammen. Dadurch erfährt es jedes Mal eine Kraft, was zu einer zufälligen Bewegung, einem sogenanntenRandom Walk führt. Ohne äußere Einflüsse ist die Wahrscheinlichkeit einer Bewegungsänderung in jede Richtung gleich groß. Daher erhält man bei längerer Betrachtung für den Mittelwert der Richtungsänderung Null.

Diffusion, Osmose und Thermophorese basieren auf dieser Bewegung der Teilchen.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Brownsche_Bewegung

Materialien:

Lichtmikroskop, Objektträger, Deckgläser, Milch, Wasser, Tropfpipette

Durchführung:

Die Milch wird etwa 1 : 50 mit Wasser verdünnt. Ein Tropfen des Gemisches wird auf den Objektträger gebracht, mit dem Deckglas abgedeckt und im Lichtmikroskop betrachtet. Beginne deine Beobachtung bei der kleinsten Vergösserung und gehe Schritt für Schritt bis zur grössten Vergrösserung.

Hier ist die Brownsche Bewegung durch das Mikroskop zu sehen

Ein weiteres Bild der Brownschen Bewegung

Aufgaben:

18. Verfolge den Weg eines einzelnen Fetttröpfchen. Versuche ihn zu skizzieren.
19. Erkläre deine Beobachtung.
20. Was versteht man unter der brownschen Bewegung?
21. Was versteht man unter einem Random Walk?

Ergebnis

18.

Bewegung eines Fetttröpfchens

19. Bei der Bewegung ist kein Muster zu erkennen, denn das Fetttröpfchen bewegt sich zufällig (random).
20. Die Wärmebewegung von Teilchen in Flüssigkeiten und Gasen. Sie bewegen sich, indem sie sich gegenseitig anstossen.
21. Eine Bewegung, welche ohne Muster verläuft und dadurch völlig zufällig (random) ist.

Beobachtung: Osmose mit 2-Kammermodel

Materialien:

Himbeersirup MM pur (30% Zucker) oder 1 molare Zuckerlösung (340g/l), entionisiertes Wasser, Osmoseapparat, kleiner Trichter, semipermeable Folie, Knetmasse

Durchführung:

Der Versuchsapparat ist bereits aufgebaut. Erarbeitet die theoretischen Hintergründe dieses Vorganges selbstständig.

Aufgaben:

15. Beobachte die Veränderung des Sirups im Kapillarrohr.
16. Stelle den Vorgang mit Hilfe von Knetmasse in verschiedenen Szenen dar. Fotografiere deine Szenen so, dass du anhand deiner Fotos den Vorgang erklären kannst.

Ergebnis:

15. Nach einiger Zeit kann man sehen, dass der Sirup im Rohr beginnt zu steigen. Das ist, weil das entionisierte Wasser durch die semipermeable Folie zum Sirup kann, doch der Sirup kommt nicht hindurch. Dadurch entsteht ein Platzproblem und der Sirup muss über das Rohr ausweichen.

16. Siehe Aufgabe 13

Mittwoch, 22. Oktober 2014

Beobachtung: Osmose mit Dialyseschlauch

Materialien:

Himbeersirup MM pur (30% Zucker) oder 1 molare Zuckerlösung (340g/l), entionisiertes Wasser, Osmoseapparat, kleiner Trichter, Stativmaterial, Kappilarrohr, Becherglas, Dialyseschlauch, Gummistopfen, Knettmasse

Durchführung:

Der Versuchsapparat ist bereits aufgebaut. Erarbeitet die theoretischen Hintergründe dieses Vorganges selbstständig.

Der Versuchsaufbau

Aufgaben:

12. Beobachte die Veränderung des Sirups im Kapillarrohr.
13. Stelle den Vorgang mit Hilfe von Knetmasse in verschiedenen Szenen dar. Fotografiere deine Szenen so, dass du anhand deiner Fotos den Vorgang erklären kannst.

Ergebnis:

12. Eigentlich sollte die Flüssigkeit im Rohr aufsteigen, da das destilierte Wasser in den "Sack" mit Sirup kann, aber der Sirup nicht aus dem "Sack" heraus. Doch der Apparat war nicht 100% dicht und so funktionierte der Versuch nicht, da die Flüssigkeit ausfloss.

13.

Das Wasser und der Sirup sind am Anfang getrennt

Das Wasser geht zum Sirup, der Sirup jedoch nicht zum Wasser.

Osmose mit Kartoffelstäbchen

Information:

Kartoffel im Wasser:

Die Konzentration an Stärke ist höher in der Kartoffel als ausserhalb. Die semipermeable Membran der Kartoffel „will“ die Konzentration ausgleichen und da die Stärke-Teilchen nicht durch diese Membran können nimmt die Kartoffel deshalb Wasser-Teilchen auf.

Kartoffel in Zuckerlösung:

Ausserhalb der Kartoffel gibt es eine höhere Zuckerkonzentration als eine Konzentration von Stärke in der Kartoffel selber, deshalb wird der Kartoffel Wasser entzogen, um den Konzentrationsunterschied auszugleichen.

Materialien:

Kartoffel, Glukose, Korkenbohrer, Wasser, Schublehre, 6 Bechergläser.

Durchführung:

Frau Steiner hat die Kartoffelstäbchen 2-3 Stunden in Glukose-Lösungen eingelegt und wir haben danach die bereitgestellten Kartoffelstäbchen analysiert (gemessen).

Aufgaben:

7. Miss die Länge und Dicke der Kartoffelstäbchen und halte die Werte in einer Tabelle fest.

9. Diskutiere das Diagramm (3-Phasen-Diskussion, schriftlich).

10. Was versteht man unter einer hypertonen, was versteht man unter einer hypotonen Lösung?

11. Was versteht man unter einer semipermeablen Membran?

Ergebnis:

Tabelle mit Werten

10. -Die Lösung ist hypertonisch zur Kartoffel heisst, dass die Konzentration der Lösung grösser als die der Kartoffel ist.

-Die Lösung ist hypotonisch zur Kartoffel heisst, dass die Konzentration der Lösung kleiner als die der Kartoffel ist.

11. Eine semipermeable Membran ist eine Membran, die manche Teilchen nicht durchlässt, meistens weil sie zu gross sind.

Verbesserungsvorschlag:

Wir waren unter Zeitdruck und haben deshalb vergessen, die Dicke der Kartoffelstäbchen zu messen. Mit der Dicke hätten wir das Volumen der Stäbchen berechnen können.