Esta experiencia tiene como objetivo demostrar la diálisis a través de una simulación de la diseminación de diferentes sustancias a través de una membrana semipermeable, representada por la bolsa de diálisis. La experiencia ilustra los conceptos clave de la biología celular y la química, como la permeabilidad de las membranas, la difusión y las reacciones químicas específicas para probar la presencia de ciertas moléculas en una solución.
Objetivos Educativos
Preparación de la solución y calentamiento: El comienzo del experimento es la preparación de una solución acuosa y el calentamiento de un tubo de ensayo que contiene glucosa para simular la preparación de la “célula virtual” y la solución circundante. Preparación de reactivos para las pruebas: la preparación de cubetas con reactivos específicos para glucosa, almidón y sal prepara el terreno para probar la presencia de estas sustancias después de la diálisis.
Preparación de la bolsa de diálisis: La experiencia simula la membrana celular utilizando una bolsa de diálisis, en la que se colocan soluciones de almidón, sal y glucosa. Luego, la bolsa se sumerge en agua destilada para simular el entorno extracelular. Difusión y diálisis: La implementación permite observar el proceso de difusión de moléculas a través de la membrana semipermeable de la bolsa de diálisis, imitando el funcionamiento de una célula viva en su entorno.
Pruebas químicas: Después de un período de diálisis, se realizan pruebas químicas para identificar las sustancias que se han diseminado a través de la bolsa. Estas pruebas incluyen el uso de Lugol para detectar almidón, Fehling A y B para glucosa, y nitrato de plata para sal.
Observación de cambios: La experiencia permite observar los cambios en la composición química del agua circundante y dentro de la bolsa de diálisis, así como cualquier cambio en el volumen de la bolsa, lo que ilustra los principios de ósmosis y difusión.
Objetivos de la experiencia:
- Entender la diálisis: demostrar cómo las sustancias se difunden a través de una membrana semipermeable según sus gradientes de concentración.
- Ilustra los principios de difusión y ósmosis: observe directamente cómo las moléculas se mueven de un área de alta concentración a un área de baja concentración y cómo esto afecta el volumen en la bolsa de diálisis.
- Aplicación de pruebas químicas: utilizar reacciones químicas específicas para detectar la presencia de glucosa, almidón y sal, haciendo hincapié en la importancia de los indicadores químicos para la detección de sustancias.
Esta experiencia ofrece una comprensión práctica de procesos biológicos y químicos fundamentales, utilizando técnicas de laboratorio para explorar conceptos clave en biología y química.
Protocolo
Las soluciones de control (positivas)
NaCl y almidón
- Con el gotero, coloque de 5 a 10 gotas de solución de almidón en el pocillo etiquetado como A.
- Vacía el sobrante del gotero en el recipiente de recuperación.
- Usando el gotero, ponga 5 a 10 gotas de la solución de cloruro de sodio en el pocillo etiquetado como D.
- Vacía el exceso del gotero en el recipiente de recuperación.
- Usando el gotero, agregue de 5 a 10 gotas de Lugol en el pocillo etiquetado como A.
- Vacía el exceso del gotero en el recipiente de recuperación.
- Con el gotero, añada 5 a 10 gotas de nitrato de plata en el pocillo marcado con la D.
- Vacía el excedente del gotero en el recipiente de recuperación.
- Agitar bien las copas A y D con la varilla de vidrio.
Las observaciones de las reacciones de control se encuentran en la tabla de resultados.
Glucosa
- Llene 400 mL de agua del grifo en un vaso de precipitados de 500 mL.
- Inserte la varilla magnética en el vaso de precipitados.
- Coloque el vaso de precipitados en la placa calefactora y ajuste a 75 °C. Espere hasta que se alcance la temperatura.
- Enciende el motor magnético (botón izquierdo).
- Con la pipeta, introduzca 10 mL de solución de glucosa en el tubo de ensayo etiquetado G.
- Usando la pipeta, añadir 10 mL de Fehling A al tubo de ensayo etiquetado G.
- Usando la pipeta, añada 10 mL de Fehling B en el tubo de ensayo marcado con G.
- Mezcle el contenido del tubo de ensayo agitándolo durante unos segundos.
- Coloca una pinza universal en el soporte izquierdo, encima del vaso de precipitados de 500 ml preparado en el paso 1.
- Engancha el tubo de ensayo etiquetado G a la pinza universal sobre el centro del vaso de precipitados.
- Inserte el termómetro en el tubo de ensayo y espere a que la temperatura supere los 70 °C en el tubo de ensayo.
- Toma el tubo de ensayo G y devuélvelo a su posición original en el gradilla para tubos de ensayo.
- Mezcle el contenido del tubo de ensayo removiendo con la varilla de vidrio durante unos segundos.
- Una vez completada la reacción en el tubo de ensayo (precipitación), baje la temperatura de la placa calefactora a 15°C.
- Apaga el motor magnético.
Las observaciones de la reacción de control se encuentran en la tabla de resultados.
Preparación de la bolsa de ósmosis y prueba de la solución inicial
- Pon 300 mL de agua tibia del grifo en el vaso de precipitados de 600 mL.
- Remoja la bolsa de diálisis en agua tibia para hacerla más flexible.
- Coloca una tapa negra en la parte inferior de la bolsa de diálisis para cerrarla.
- En la probeta graduada de 10 mL, vierta sucesivamente con la pipeta 3 mL de solución de almidón, 3 mL de cloruro de sodio y 3 mL de solución de glucosa. Entre cada sustancia, vacíe el excedente en el recipiente de recuperación.
- Coloque la bolsa de diálisis horizontalmente sobre la encimera, con la abertura del lado ancho hacia arriba. Vierta el contenido de la probeta graduada en esta abertura.
- Coloque el vaso de precipitados vacío de 250 ml junto al soporte universal a la derecha.
- Coloque una pinza universal en el soporte universal derecho, encima del centro del vaso de precipitados.
- Fije la bolsa de diálisis al soporte universal derecho, utilizando la pinza universal y coloque todo el conjunto verticalmente en el vaso de precipitados de 250 mL. Tenga cuidado de no verter el contenido de la bolsa de diálisis en el vaso de precipitados.
- Vierta aproximadamente 200 ml de agua destilada en el vaso de precipitados de 250 ml de modo que el contenido de la bolsa quede sumergido en el agua. El agua no debe tocar el extremo donde se encuentra la abertura de la bolsa.
- Usando el gotero, tome el líquido del vaso de precipitados en el que está sumergida la bolsa de diálisis. Coloque de 5 a 10 gotas de la solución en el pocillo B y de 5 a 10 gotas de la solución en el pocillo E.
- Vacía el sobrante del gotero en el recipiente de recuperación.
- Usando el gotero, agregue de 5 a 10 gotas de la solución de Lugol en el pocillo etiquetado como B.
- Vacía el sobrante del gotero en el recipiente de recuperación.
- Con el cuentagotas, añade 5 a 10 gotas de nitrato de plata en el pocillo etiquetado como E.
- Vacía el exceso del gotero en el recipiente de recuperación.
- Agite bien las copas B y E con la varilla de vidrio.
- Coloca la placa calefactora sobre la que siempre está el vaso de precipitados con agua a 75°C. Espera a que se alcance la temperatura.
- Enciende la placa de agitación magnética (botón izquierdo).
- Usando la pipeta, ponga 10 mL en el tubo de ensayo etiquetado H del agua del vaso de precipitados en el que está sumergida la bolsa.
- Con la pipeta, agregue 10 mL de Fehling A en el tubo de ensayo etiquetado H.
- Usando la pipeta, agregue 10 mL de Fehling B en el tubo de ensayo etiquetado H.
- Mezcle el contenido del tubo de ensayo agitándolo durante unos segundos.
- Fija el tubo de ensayo etiquetado (H) a la pinza universal sobre el centro del vaso de precipitado.
- Inserta el termómetro en el tubo de ensayo y espera hasta que se alcance una temperatura superior a 70°C en el tubo de ensayo.
- Toma el tubo de ensayo (H) y devuélvelo a su ubicación inicial en el gradilla.
- Mezcle el contenido del tubo de ensayo agitándolo durante unos segundos con la varilla de vidrio.
- Baje la temperatura de la placa calefactora a 15°C.
- Apaga el agitador magnético.
- Espera 24 h (usa el botón del reloj para avanzar el tiempo)
Prueba de la solución final
- Usando el cuentagotas, tome el líquido del vaso de precipitados en el que se está remojando la bolsa de diálisis y coloque de 5 a 10 gotas de la solución en el pocillo C y de 5 a 10 gotas de la solución en el pocillo F.
- Vacía el sobrante del gotero en el recipiente de recuperación.
- Con el gotero, añade entre 5 y 10 gotas de solución de Lugol en el pocillo marcado con la letra C.
- Vacía el exceso del gotero en el recipiente de recuperación.
- Con el cuentagotas, añade entre 5 y 10 gotas de nitrato de plata en el pocillo marcado con la letra F.
- Vacía el exceso del gotero en el recipiente de recuperación.
- Agite bien las copas C y F usando la varilla de vidrio.
- Coloca la placa calefactora sobre la que siempre está el vaso de precipitados con agua a 75°C. Espera a que se alcance la temperatura.
- Enciende la placa de agitación magnética (botón izquierdo).
- Usando la pipeta, pon 10 mL en el tubo de ensayo marcado con la I del agua del vaso de precipitados en el que se está remojando la bolsa.
- Usando la pipeta, añade 10 ml de Fehling A al tubo de ensayo marcado con I.
- Usando la pipeta, agregue 10 mL de Fehling B al tubo de ensayo etiquetado como I.
- Mezcle el contenido del tubo de ensayo agitándolo durante unos segundos.
- Fija el tubo de ensayo etiquetado (I) a la pinza universal encima del centro del vaso de precipitados.
- Introduce el termómetro en el tubo de ensayo y espera hasta que la temperatura en el tubo supere los 70 °C.
- Tome el tubo de ensayo (I) y devuélvalo a su ubicación original en el gradilla.
- Mezcle el contenido del tubo de ensayo removiendo con la varilla de vidrio durante unos segundos.
- Baje la temperatura de la placa calefactora a 15°C.
- Apaga el agitador magnético.
Las observaciones se encuentran en la tabla de resultados.
- Un resultado positivo para la presencia de carbohidratos complejos dará como resultado una coloración púrpura (complejo yodo-almidón) en el pocillo (prueba de Lugol).
- Un resultado positivo para la presencia de NaCl producirá un precipitado blanco (AgCl) en el alvéolo (reacción de nitrato de plata).
- Un resultado positivo para la presencia de carbohidratos simples dará como resultado un precipitado rojo ladrillo (Cu2O) en el tubo de ensayo (reacción de Fehling).
Resultados esperados
Prueba de almidón con solución de Lugol
El yodo (I-) contenido en la solución de Lugol reacciona con el almidón para formar un complejo yodo-almidón. Cuando el yodo se añade al almidón, éste se encaja dentro de la estructura helicoidal de las moléculas de almidón, lo que produce un cambio de color a azul negruzco. Esta reacción se utiliza a menudo como una prueba cualitativa para indicar la presencia de almidón.
Prueba de NaCl con nitrato de plata
El nitrato de plata reacciona con el cloruro (Cl-) para producir un precipitado blanco de AgCl (s).
Prueba de glucosa
Fehling A: La solución Fehling A es esencialmente una solución de CuSO4 con una molaridad de 0.05M, con su característico color azul cielo debido a los iones Cu2+.
Fehling B: La solución Fehling B contiene sal de Rochelle (tartrato de potasio y sodio) y NaOH 0.0625M. La solución Fehling B es típicamente un líquido transparente e incoloro.
Cuando se mezclan la solución A de Fehling y la solución B de Fehling sin calentar, ambas soluciones reaccionan formando un complejo de color azul intenso. Este complejo se forma cuando los iones de cobre (II) de la solución de Fehling A reaccionan con los iones de tartrato de la solución de Fehling B en un medio alcalino, dando lugar a un complejo de cobre (II) y tartrato. La mezcla adquirirá un color azul intenso.
El calor es necesario para impulsar la reducción del cobre (II) a cobre (I), lo que resulta en un color azul más intenso.
Cuando introduces azúcares reductores en la solución Fehling caliente (una mezcla de Fehling A y B), ocurre una reacción química donde los azúcares reductores donan electrones a los iones de cobre (II), reduciéndolos a iones de cobre (I). El color de la solución cambia de azul intenso a azul claro, seguido de la aparición de un precipitado rojo, lo cual es indicativo de la presencia de azúcares reductores.
Esta prueba es específica para azúcares reductores, que son azúcares que tienen grupos aldehído o cetona libres capaces de actuar como agentes reductores. Los azúcares reductores comunes incluyen glucosa, fructosa, lactosa y maltosa. Los azúcares no reductores, como la sacarosa, no reaccionan en esta prueba a menos que se hidrolicen a sus componentes de azúcares reductores.
Resultados de las pruebas
- A: Solución azul-negra (almidón)
- Marrón rojizo (sin almidón)
- Solución azul negruzca (almidón)
- D: precipitado blanco (NaCl)
- E: transparente (sin NaCl)
- F: claro (sin NaCl)
- G: color azul profundo
- precipitado rojo ladrillo (glucosa)
- azul profundo (sin glucosa)
- precipitado rojo (glucosa)
Después de la ósmosis
El agua se ha movido desde fuera de la célula hacia dentro. Esto se observa por el nivel del agua en el vaso de precipitados, que ha disminuido ligeramente, y por la bolsa, que se ha agrandado ligeramente. La glucosa y el almidón se han movido desde dentro de la bolsa hacia el medio externo. Se detectan en el agua que rodea la bolsa utilizando las pruebas del Lugol y del reactivo de Fehling. La concentración de sustancias dentro y fuera de la membrana, así como el tamaño de las partículas, es relativa al tamaño de los poros de la membrana.
Esto podría explicarse por 3 principios:
- Movimiento del agua: Esto describe un proceso como la ósmosis, donde el agua se mueve a través de una membrana semipermeable desde un área de baja concentración de solutos a un área de alta concentración de solutos. En este caso, el agua dentro del vaso (fuera de la célula o bolsa) se mueve hacia la bolsa (representando la célula), lo que hace que el nivel de agua en el vaso disminuya y la bolsa se expanda al llenarse de agua.
- Movement of glucose and starch: This indicates that glucose and starch, initially inside the bag, have moved to the outside environment (the beaker water). This movement could be due to dialysis, a process where smaller molecules and ions can move through a semi-permeable membrane, while larger molecules cannot. The presence of glucose and starch in the external solution is confirmed using specific tests: Lugol’s iodine test for starch, which turns blue-black in the presence of starch, and Fehling’s solution test for reducing sugars like glucose, which results in a color change when glucose reduces the copper (II) ions in Fehling’s solution to copper(I) oxide.
- Concentration and particle size: This statement refers to the factors influencing the movement of substances across a membrane. The concentration gradient (the difference in substance concentration inside and outside the membrane) and the relative size of the particles compared to the membrane’s pore size determine which substances can pass through the membrane. Larger particles or molecules that exceed the pore size of the membrane cannot pass through, while smaller ones can.
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grados 3-5 (Edades 8-10)
- Enfoque: Basic introduction to osmosis and diffusion, simple preparation steps, and basic observations.
- Actividades: Preparing simple solutions, basic use of a dialysis bag, and introductory chemical tests.
Grados 6-8 (Edades 11-13)
- Enfoque: Intermediate understanding of osmosis and diffusion, detailed preparation steps, and intermediate observations.
- Actividades: Preparing and heating solutions, using a dialysis bag for diffusion experiments, and applying chemical tests.
Grados 9-12 (Edades 14-18)
- Enfoque: Advanced understanding of osmosis and diffusion, detailed preparation and observation, and comprehensive chemical testing.
- Actividades: Preparing detailed solutions, performing complex diffusion experiments with a dialysis bag, and conducting in-depth chemical tests and analyses.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- Beaker (250 ml & 600 ml)
- Erlenmeyers (50 mL)
- Placa del cucharón
- Goteros
- Pipeta
- Graduated cylinder (10 ml & 100 ml)
- Plancha eléctrica
- Soporte de laboratorio y pinzas
- Osmosis bag
- Tubos de ensayo
- Varilla de vidrio
Productos
- Fehling A solution
- Fehling B solution
- Glucose solution
- Solución de Lugol 2%
- Silver nitrate solution
- Sodium chloride in solution
- Starch solution