Aquesta experiència pretén demostrar la diàlisi mitjançant una simulació de la disseminació de diferents substàncies a través d'una membrana semipermeable, representada per la bossa de diàlisi. L'experiència il·lustra els conceptes clau de la biologia cel·lular i la química, com ara la permeabilitat de les membranes, la difusió i reaccions químiques específiques per provar la presència de determinades molècules en una solució.
Objectius educatius
Preparació de la solució i escalfament: L'inici de l'experiment consisteix a preparar una solució aquosa i escalfar un tub d'assaig que conté glucosa per simular la preparació de la “cèl·lula virtual” i la solució circumdant. Preparació dels reactius per a les proves: la preparació de recipients amb reactius específics per a glucosa, midó i sal aplanen el terreny per provar la presència d'aquestes substàncies després de la diàlisi.
Preparació de la bossa de diàlisi: L'experiència simula la membrana cel·lular utilitzant una bossa de diàlisi, en la qual es col·loquen solucions d'almidó, sal i glucosa. A continuació, la bossa s'immereix en aigua destil·lada per simular l'entorn extracel·lular. Difusió i diàlisi: La implementació fa possible observar el procés de difusió de molècules a través de la membrana semipermeable de la bossa de diàlisi, imitant el funcionament d'una cèl·lula viva en el seu entorn.
Proves químiques: Després d'un període de diàlisi, es realitzen proves químiques per identificar les substàncies que s'han disseminat a través de la bossa. Aquestes proves inclouen l'ús de Lugol per detectar midó, Fehling A i B per a la glucosa, i nitrat de plata per a la sal.
Observació de canvis: L'experiència permet observar els canvis en la composició química de l'aigua circumdant i de l'interior de la bossa de diàlisi, així com qualsevol canvi en el volum de la bossa, il·lustrant els principis d'osmosi i difusió.
Objectius de l'experiència:
- Entén la diàlisi: demostrar com les substàncies es diffonen a través d'una membrana semipermeable segons els seus gradients de concentració.
- Il·lustra els principis de la difusió i l'osmosi: observa directament com les molècules es mouen d'una zona d'alta concentració a una zona de baixa concentració, i com això afecta el volum a la bossa de diàlisi.
- Aplicació de proves químiques: utilitzar reaccions químiques específiques per provar la presència de glucosa, midó i sal, posant èmfasi en la importància dels indicadors químics en la detecció de substàncies.
Aquesta experiència ofereix una comprensió pràctica dels processos biològics i químics fonamentals, utilitzant tècniques de laboratori per explorar conceptes clau en biologia i química.
Protocol
Les solucions de control (positives)
NaCl i midó
- Amb el comptagotes, poseu 5 a 10 gotes de solució d'amidó al pou marcat amb la lletra A.
- Buidar el material sobrant del comptagotes al recipient de recuperació.
- Amb el comptagotes, poseu 5 a 10 gotes de la solució de clorur de sodi al pou etiquetat com a D.
- Buidar l'excés del comptagotes al recipient de recuperació.
- Amb el comptagotes, afegeix 5 a 10 gotes de Lugol a la cubeta etiquetada amb la lletra A.
- Buidar l'excés del comptagotes al recipient de recuperació.
- Amb el comptagotes, afegeix 5 a 10 gotes de nitrat de plata al pou etiquetat amb la lletra D.
- Buidar el capital sobrant del comptagotes al recipient de recuperació.
- Agite bé les copes A i D amb la vareta de vidre.
Les observacions de les reaccions de control es troben a la taula de resultats.
Glucosa
- Ompliu un vas de precipitats de 500 ml amb 400 ml d'aigua de l'aixeta.
- Introduïu la vareta magnètica al vas de precipitats.
- Poseu el vas de precipitats a la placa calefactora i poseu-la a 75°C. Espereu fins que s'assoleixi la temperatura.
- Encén el motor magnètic (botó esquerre).
- Amb la pipeta, introdueix 10 mL de la solució de glucosa al tub d'assaig marcat amb la G.
- Amb la pipeta, afegiu 10 ml de Fehling A al tub d'assaig etiquetat G.
- Amb la pipeta, afegiu 10 ml de Fehling B al tub d'assaig marcat amb la lletra G.
- Barreja el contingut del tub d'assaig agitant-lo durant uns segons.
- Col·loque una pinça universal al suport esquerre, per sobre del got de precipitats de 500 ml preparat al pas 1.
- Connecteu el tub d'assaig marcat amb la G a la pinça universal per sobre del centre del vas de precipitats.
- Introduïu el termòmetre al tub d'assaig i espereu que la temperatura arribi per sobre dels 70°C al tub d'assaig.
- Agafa el tub d'assaig G i torna'l a la seva posició original al taulell de tubs d'assaig.
- Barregeu el contingut del tub d'assaig remenant-lo durant uns segons amb la vareta de vidre.
- Un cop la reacció al tub d'assaig s'hagi completat (precipitació), baixeu la temperatura de la placa de calefacció a 15°C.
- Apaga el motor magnètic.
Les observacions de la reacció de control es troben a la taula de resultats.
Preparació de la bossa d'osmosi i anàlisi de la solució inicial
- Poseu 300 ml d'aigua de l'aixeta tèbia al vas de precipitats de 600 ml.
- Remullar la bossa de diàlisi en aigua tèbia per fer-la més flexible.
- Poseu un tap negre a la part inferior de la bossa de diàlisi per tancar-la.
- Al matràs aforat de 10 mL, aboca successivament amb la pipeta 3 mL de dissolució de midó, 3 mL de clorur de sodi i 3 mL de dissolució de glucosa. Entre cada substància, buida el seu excés al recipient de recuperació.
- Col·loca la bossa de diàlisi horitzontalment sobre el taulell, amb l'obertura del costat ample mirant cap amunt. Aboca el contingut del cilindre graduat per aquesta obertura.
- Poseu el vas de precipit buit de 250 ml al costat del suport universal, a la dreta.
- Col·loca una pinça universal a la clau universal dreta, per damunt del centre del vas de precipitats.
- Connecteu la bossa de diàlisi al suport universal dret, utilitzant el clip universal i col·loqueu tot el conjunt verticalment al vas de precipitats de 250 ml. Aneu amb compte de no abocar el contingut de la bossa de diàlisi al vas de precipitats.
- Aboca aproximadament 200 ml d'aigua destil·lada al vas de precipitats de 250 ml de manera que el contingut de la bossa quedi immersa en l'aigua. L'aigua no ha de tocar l'extrem on es troba l'obertura de la bossa.
- Amb el comptagotes, agafeu el líquid del vas de precipitats on està immersa la bossa de diàlisi. Poseu de 5 a 10 gotes de la solució al pou B i de 5 a 10 gotes de la solució al pou E.
- Buidar el material sobrant del comptagotes al recipient de recuperació.
- Amb el comptagotes, afegeix de 5 a 10 gotes de la solució de Lugol al pouet etiquetat amb la B.
- Buidar el material sobrant del comptagotes al recipient de recuperació.
- Utilitza el comptagotes per afegir de 5 a 10 gotes de nitrat de plata al pou marcat amb la lletra E.
- Buidar l'excés del comptagotes al recipient de recuperació.
- Agite bé les tasses B i E amb la vareta de vidre.
- Poseu la placa calenta sobre la qual sempre hi ha el recipient amb aigua a 75°C. Espereu que s'assoleixi la temperatura.
- Encén l'agitador magnètic (botó esquerre).
- Utilitzant la pipeta, poseu 10 ml al tub d'assaig marcat amb H de l'aigua del vas de precipitats on s'està remullant la bossa.
- Amb el comptegotes, afegeix 10 ml de Fehling A al tub d'assaig marcat amb H.
- Amb la pipeta, afegeix 10 mL de Fehling B al tub d'assaig marcat amb H.
- Barreja el contingut del tub d'assaig agitant-lo durant uns segons.
- Fixa el tub d'assaig etiquetat (H) a la pinça universal per sobre del centre del vas de precipitats.
- Introduïu el termòmetre al tub d'assaig i espereu fins que s'assoleixi una temperatura superior a 70 °C al tub d'assaig.
- Agafa el tub d'assaig (H) i torna'l al seu lloc inicial al bastidor de tubs d'assaig.
- Barregeu el contingut del tub d'assaig agitant-lo durant uns segons amb la vareta de vidre.
- Baixa la temperatura de la placa de calefacció a 15°C.
- Apaga l'agitador magnètic.
- Espereu 24 h (utilitzeu el botó del rellotge per avançar el temps)
Prova de la solució final
- Amb el comptagotes, agafa el líquid del vas de precipitats on es troba la bossa de diàlisi remullant-se i posa'n 5 a 10 gotes de la solució al pou C i 5 a 10 gotes de la solució al pou F.
- Buidar el material sobrant del comptagotes al recipient de recuperació.
- Utilitzant el comptagotes, afegiu 5 a 10 gotes de Lugol al pouet marcat amb C.
- Buidar l'excés del comptagotes al recipient de recuperació.
- Amb el comptagotes, afegiu 5 a 10 gotes de nitrat de plata al pouet marcat amb la lletra F.
- Buidar l'excés del comptagotes al recipient de recuperació.
- Agite bé els recipients C i F amb la vareta de vidre.
- Poseu la placa calenta sobre la qual sempre hi ha el recipient amb aigua a 75°C. Espereu que s'assoleixi la temperatura.
- Encén l'agitador magnètic (botó esquerre).
- Amb el comptagotes, introdueix 10 ml al tub d'assaig marcat amb la I de l'aigua del vas de precipitats on s'està remullant la bossa.
- Amb la pipeta, afegir 10 ml de Fehling A dins del tub d'assaig marcat amb I.
- Amb el comptagotes, afegeix 10 ml de Fehling B al tub d'assaig marcat amb la I.
- Barreja el contingut del tub d'assaig agitant-lo durant uns segons.
- Fixeu el tub d'assaig etiquetat (I) a la pinça universal per sobre del centre del vas de precipitats.
- Introduïu el termòmetre al tub d'assaig i espereu fins que la temperatura al tub d'assaig arribi per sobre dels 70°C.
- Agafa el tub d'assaig (I) i torna'l a posar al seu lloc original al bastidor de tubs d'assaig.
- Barregeu el contingut del tub d'assaig remenant-lo durant uns segons amb la vareta de vidre.
- Baixa la temperatura de la placa de calefacció a 15°C.
- Apaga l'agitador magnètic.
Les observacions es troben a la taula de resultats.
- Un resultat positiu per a la presència de carbohidrats complexos donarà lloc a una coloració porpra (complex iode-midó) al pouet (test de Lugol).
- Un resultat positiu per a la presència de NaCl donarà lloc a un precipitat blanc (AgCl) a l'alvèol (reacció del nitrat de plata).
- Un resultat positiu per a la presència de carbohidrats simples donarà lloc a un precipitat vermell ataronjat (Cu2O) al tub d'assaig (reacció de Fehling).
Resultats previstos
Prova de l'almidó amb solució de Lugol
El iode (I-) contingut en la solució de Lugol reacciona amb el midó per formar un complex iode-midó. Quan el iode s'afegeix al midó, encaixa dins de l'estructura helicoïdal de les molècules de midó, el que provoca un canvi de color a blau fosc. Aquesta reacció s'utilitza sovint com a prova qualitativa per indicar la presència de midó.
Prova de NaCl amb nitrat de plata
El nitrat de plata reacciona amb el clorur (Cl-) per produir un precipit blanc d'AgCl (s).
Prova de glucosa
Solució de Fehling A: La solució de Fehling A és essencialment una solució de CuSO4 amb una molaritat de 0,05M, amb el seu color blau cel característic degut als ions Cu2+.
Fehling B: La solució de Fehling B conté sal de Rochelle (tartrat de sodi i potassi) i NaOH 0,0625M. La solució B de Fehling és típicament un líquid clar i incolor.
Quan la solució A de Fehling es barreja amb la solució B de Fehling sense escalfar, les dues solucions reaccionen per formar un complex blau intens. Aquest complex és el resultat dels ions de coure (II) de la solució A de Fehling que reaccionen amb els ions tartrat de la solució B de Fehling en un entorn alcalí, formant un complex de coure (II)-tartrat. La barreja tindrà un color blau intens.
La calor és necessària per impulsar la reducció del coure(II) a coure(I), resultant en un color blau més intens.
Quan s'introdueixen sucres reductors a la solució de Fehling escalfada (una barreja de Fehling A i B), es produeix una reacció química en la qual els sucres reductors donen electrons als ions de coure (II), reduint-los a ions de coure (I). El color de la solució canvia del blau intens a blau clar, seguit de l'aparició d'un precipitat vermell, que indica la presència de sucres reductors.
Aquesta prova és específica per als sucres reductors, que són sucres que tenen grups aldehid o cetona lliures capaços d'actuar com a agents reductors. Els sucres reductors comuns inclouen la glucosa, la fructosa, la lactosa i la maltosa. Els sucres no reductors, com la sacarosa, no reaccionen en aquesta prova a menys que s'hidrolitzin als seus components sucres reductors.
Resultats de les proves
- A: solució blau-negra (midó)
- B: vermell marronós (sense midó)
- C: solució blau-negra (midó)
- Precipitat blanc (NaCl)
- E: clar (sense NaCl)
- F: net (sense NaCl)
- G: color blau profund
- G: precipitat vermell tot (glucosa)
- H: blau fosc (sense glucosa)
- precipitat vermell (glucosa)
Després de l'osmosis
L'aigua s'ha mogut de fora de la cèl·lula cap a dins. Això s'observa pel nivell d'aigua del vas de precipitació, que ha disminuït lleugerament, i per la bossa, que s'ha engrandit lleugerament. La glucosa i el midó s'han mogut de dins de la bossa cap al medi extern. Són detectats a l'aigua que envolta la bossa mitjançant proves amb Lugol i el reactiu de Fehling. La concentració de substàncies dins i fora de la membrana, així com la mida de les partícules, és relativa a la mida dels porus de la membrana.
Això podria explicar-se per 3 principis:
- Moviment de l'aigua: Això descriu un procés similar a l'osmosi, on l'aigua es mou a través d'una membrana semipermeable des d'una zona de baixa concentració de soluts cap a una zona d'alta concentració de soluts. En aquest cas, l'aigua dins del vas (fora de la cèl·lula o bossa) es mou cap a la bossa (que representa la cèl·lula), fent que el nivell d'aigua al vas disminueixi i la bossa s'expandeixi a mesura que s'omple d'aigua.
- Moviment de glucosa i midóAixò indica que la glucosa i el midó, inicialment dins de la bossa, s'han traslladat a l'entorn exterior (l'aigua del recipient). Aquest moviment podria ser degut a la diàlisi, un procés on les molècules i ions més petits poden moure's a través d'una membrana semipermeable, mentre que les molècules més grans no. La presència de glucosa i midó a la solució externa es confirma mitjançant proves específiques: la prova del iode de Lugol per al midó, que es torna blau-negre en presència de midó, i la prova de la solució de Fehling per a sucres reductors com la glucosa, que provoca un canvi de color quan la glucosa redueix els ions de coure (II) de la solució de Fehling a òxid de coure (I).
- Concentració i mida de partículaAquesta afirmació fa referència als factors que influeixen en el moviment de substàncies a través d'una membrana. El gradient de concentració (la diferència de concentració de la substància dins i fora de la membrana) i la mida relativa de les partícules en comparació amb la mida dels porus de la membrana determinen quines substàncies poden travessar la membrana. Les partícules o molècules més grans que excedeixen la mida dels porus de la membrana no poden passar, mentre que les més petites sí.
Resum de tasques per rang de qualificació
Cursos 3-5 (Edats 8-10)
- Enfocament: Introducció bàsica a l'osmosi i la difusió, passos senzills de preparació i observacions bàsiques.
- ActivitatsPreparació de solucions senzilles, ús bàsic d'una bossa de diàlisi i proves químiques introductòries.
Cursos 6è-8è (Edats 11-13 anys)
- Enfocament: Comprensió intermèdia de l'osmosi i la difusió, passos detallats de preparació i observacions intermèdies.
- ActivitatsPreparació i escalfament de solucions, ús d'una bossa de diàlisi per a experiments de difusió i aplicació de proves químiques.
Cursos 9-12 (Edats 14-18)
- Enfocament: Comprensió avançada d'osmosi i difusió, preparació i observació detallades, i proves químiques completes.
- Activitats: Preparació de solucions detallades, realització d'experiments de difusió complexos amb una bossa de diàlisi i realització de proves i anàlisis químiques exhaustives.
Equipament de laboratori
Instruments
- Vaso de precipitados (250 ml i 600 ml)
- Erlenmeyers (50 mL)
- Plat de cubeta
- Gotes
- Pipeta
- Cilindre graduat (10 ml i 100 ml)
- Plaqueta elèctrica
- Bastidor de laboratori i pinces
- Bossa d'osmosi
- Provetes
- Barra de vidre
Productes
- Solució A de Fehling
- Solució de Fehling B
- Solució de glucosa
- Solució de Lugol 2%
- Solució de nitrat de plata
- Clorur de sodi en solució
- Solució d'almidó