Questa esperienza mira a dimostrare la dialisi attraverso una simulazione della diffusione di diverse sostanze attraverso una membrana semipermeabile, rappresentata dalla sacca dialitica. L'esperienza illustra i concetti chiave della biologia cellulare e della chimica, come la permeabilità delle membrane, la diffusione e specifiche reazioni chimiche per verificare la presenza di determinate molecole in una soluzione.
Obiettivi Educativi
Preparazione della soluzione e riscaldamento: L'inizio dell'esperimento consiste nel preparare una soluzione acquosa e riscaldare una provetta contenente glucosio per simulare la preparazione della “cellula virtuale” e della soluzione circostante. Preparazione dei reagenti per le analisi: la preparazione di beaker con specifici reagenti per glucosio, amido e sale prepara il terreno per testare la presenza di queste sostanze dopo la dialisi.
Preparazione del sacchetto per dialisi: L'esperienza simula la membrana cellulare utilizzando una sacca di dialisi, al cui interno vengono poste soluzioni di amido, sale e glucosio. La sacca viene poi immersa in acqua distillata per simulare l'ambiente extracellulare. Diffusione e dialisi: L'implementazione rende possibile osservare il processo di diffusione delle molecole attraverso la membrana semipermeabile della sacca di dialisi, imitando il funzionamento di una cellula vivente nel suo ambiente.
Test chimici: Dopo un periodo di dialisi, vengono effettuati test chimici per identificare le sostanze che si sono diffuse attraverso la sacca. Questi test includono l'uso di Lugol per rilevare l'amido, Fehling A e B per il glucosio e nitrato d'argento per il sale.
Osservazione dei cambiamenti: L'esperienza rende possibile osservare le modificazioni della composizione chimica dell'acqua circostante e dell'interno del sacchetto dialitico, nonché qualsiasi variazione di volume nel sacchetto, illustrando i principi dell'osmosi e della diffusione.
Obiettivi dell'esperienza:
- Capire la dialisi: Dimostra come le sostanze diffondono attraverso una membrana semipermeabile in accordo con i loro gradienti di concentrazione.
- Illustra i principi della diffusione e dell'osmosi: osserva direttamente come le molecole si spostano da un'area ad alta concentrazione a un'area a bassa concentrazione, e come ciò influisce sul volume nel sacchetto di dialisi.
- Applicazione dei test chimici: utilizzare reazioni chimiche specifiche per verificare la presenza di glucosio, amido e sale, sottolineando l'importanza degli indicatori chimici nell'individuazione delle sostanze.
Questa esperienza offre una comprensione pratica dei processi biologici e chimici fondamentali, utilizzando tecniche di laboratorio per esplorare concetti chiave di biologia e chimica.
Protocollo
Le soluzioni di controllo (positive)
NaCl e amido
- Usando il contagocce, metti 5-10 gocce di soluzione di amido nel pozzetto etichettato A.
- Svuotare l'eccesso dal contagocce nel contenitore di recupero.
- Usando il contagocce, metti 5-10 gocce di soluzione di cloruro di sodio nel pozzetto etichettato D.
- Svuotare l'eccesso dal contagocce nel contenitore di recupero.
- Usando il contagocce, aggiungi 5-10 gocce di Lugol nel pozzetto etichettato A.
- Svuotare l'eccesso dal contagocce nel contenitore di recupero.
- Usando il contagocce, aggiungere 5-10 gocce di nitrato d'argento nel pozzetto etichettato D.
- Svuota il surplus dal contagocce nel contenitore di recupero.
- Agitare bene le provette A e D usando la bacchetta di vetro.
Le osservazioni delle reazioni di controllo si trovano nella tabella dei risultati.
Glucosio
- Riempire un becher da 500 mL con 400 mL di acqua di rubinetto.
- Inserire l'asta magnetica nel becher.
- Posizionare il becher sulla piastra riscaldante e impostarla a 75°C. Attendere che la temperatura venga raggiunta.
- Accendi il motore magnetico (pulsante sinistro).
- Usando la pipetta, metti 10 ml di soluzione di glucosio nel provetta contrassegnata con G.
- Usando la pipetta, aggiungere 10 mL di Fehling A alla provetta etichettata G.
- Usando il contagocce, aggiungi 10 mL di Fehling B nel provetta etichettata G.
- Agitare la provetta per alcuni secondi per mescolare il contenuto.
- Posizionare una pinza universale sul supporto sinistro, sopra il becher da 500 mL preparato nel passaggio 1.
- Aggancia il provetta etichettato G alla pinza universale sopra il centro del becher.
- Inserire il termometro nella provetta e attendere che la temperatura raggiunga sopra i 70°C nella provetta.
- Prendi la provetta G e rimettila nella sua posizione originale sullo stativo portaprovette.
- Mescola il contenuto della provetta agitando per qualche secondo con la bacchetta di vetro.
- Una volta completata la reazione nella provetta (precipitazione), abbassare la temperatura della piastra riscaldante a 15°C.
- Spegni il motore magnetico.
Le osservazioni della reazione di controllo si trovano nella tabella dei risultati.
Preparazione della sacca per osmosi e test della soluzione iniziale
- Versa 300 mL di acqua tiepida del rubinetto nel becher da 600 mL.
- Immergere il sacchetto per dialisi in acqua tiepida per renderlo più flessibile.
- Metti un tappo nero sul fondo della sacca per dialisi per chiuderla.
- Nel cilindro graduato da 10 mL, versare successivamente con la pipetta 3 mL di soluzione di amido, 3 mL di cloruro di sodio e 3 mL di soluzione di glucosio. Tra una sostanza e l'altra, svuotare il surplus nel contenitore di recupero.
- Posizionare il sacchetto da dialisi orizzontalmente sul bancone, con l'apertura del lato più largo rivolta verso l'alto. Versare il contenuto del cilindro graduato in quest'apertura.
- Posizionare il becher vuoto da 250 mL vicino al supporto universale, sulla destra.
- Posizionare una pinza universale sul supporto universale destro, sopra il centro del becher.
- Attacca il sacchetto di dialisi al supporto universale destro, usando il morsetto universale e posiziona l'intero assemblaggio verticalmente nel becher da 250 mL. Fai attenzione a non versare il contenuto del sacchetto di dialisi nel becher.
- Versare circa 200 mL di acqua distillata nel becher da 250 mL in modo che il contenuto della bustina sia immerso nell'acqua. L'acqua non deve toccare l'estremità in cui si trova l'apertura della bustina.
- Usando il contagocce, preleva il liquido dal becher in cui è immersa la sacca per dialisi. Metti da 5 a 10 gocce della soluzione nel pozzetto B e da 5 a 10 gocce della soluzione nel pozzetto E.
- Svuotare l'eccesso dal contagocce nel contenitore di recupero.
- Utilizzando il contagocce, aggiungi 5-10 gocce di soluzione di Lugol nel pozzetto etichettato B.
- Svuotare l'eccesso dal contagocce nel contenitore di recupero.
- Utilizzando il contagocce, aggiungere 5-10 gocce di nitrato d'argento nel pozzetto etichettato E.
- Svuotare l'eccesso dal contagocce nel contenitore di recupero.
- Agitare bene le provette B ed E usando la bacchetta di vetro.
- Impostare la piastra riscaldante su cui si trova sempre il becher con acqua a 75°C. Attendere che la temperatura venga raggiunta.
- Attivare l'agitatore magnetico (pulsante a sinistra).
- Usando la pipetta, prelevare 10 mL dalla beuta nella quale è immerso il sacchetto e versarli nel provetta etichettata con H.
- Usando la pipetta, aggiungere 10 mL di Fehling A nella provetta etichettata H.
- Usando la pipetta, aggiungere 10 mL di Fehling B nel provetta etichettata H.
- Agitare la provetta per alcuni secondi per mescolare il contenuto.
- Fissare il provettone etichettato (H) al morsetto universale al centro del becher.
- Inserisci il termometro nella provetta e attendi che venga raggiunta una temperatura superiore a 70°C nella provetta.
- Prendi il provetta (H) e rimettila nella sua posizione iniziale sul portaprovette.
- Mescola il contenuto della provetta agitando per alcuni secondi con la bacchetta di vetro.
- Abbassare la temperatura della piastra riscaldante a 15°C.
- Spegni l'agitatore magnetico.
- Attendi 24 ore (usa il pulsante dell'orologio per avanzare nell'ora)
Test della soluzione finale
- Con il contagocce, prelevare il liquido dal becher in cui è immersa la sacca di dialisi e mettere da 5 a 10 gocce della soluzione nel pozzetto C e da 5 a 10 gocce della soluzione nel pozzetto F.
- Svuotare l'eccesso dal contagocce nel contenitore di recupero.
- Usando il contagocce, aggiungi 5-10 gocce di Lugol nel pozzetto etichettato C.
- Svuotare l'eccesso dal contagocce nel contenitore di recupero.
- Usando il contagocce, aggiungi da 5 a 10 gocce di nitrato d'argento nel pozzetto etichettato F.
- Svuotare l'eccesso dal contagocce nel contenitore di recupero.
- Agitare bene le provette C e F utilizzando la bacchetta di vetro.
- Impostare la piastra riscaldante su cui si trova sempre il becher con acqua a 75°C. Attendere che la temperatura venga raggiunta.
- Attivare l'agitatore magnetico (pulsante a sinistra).
- Usando la pipetta, prelevare 10 ml di acqua dal becher in cui la bustina è immersa e versarla nel provetta etichettata I.
- Con la pipetta, aggiungere 10 mL di Fehling A nella provetta etichettata I.
- Usando la pipetta, aggiungere 10 ml di Fehling B nel tubetto di prova etichettato I.
- Agitare la provetta per alcuni secondi per mescolare il contenuto.
- Fissare il provetta etichettata (I) al morsetto universale sopra il centro del becher.
- Inserire il termometro nella provetta e attendere finché la temperatura nella provetta non supera i 70°C.
- Prendi la provetta (I) e rimettila al suo posto originale sulla rastrelliera delle provette.
- Mescola il contenuto della provetta agitando per qualche secondo con la bacchetta di vetro.
- Abbassare la temperatura della piastra riscaldante a 15°C.
- Spegni l'agitatore magnetico.
Le osservazioni si trovano nella tabella dei risultati.
- Un risultato positivo per la presenza di carboidrati complessi si manifesterà con una colorazione viola (complesso iodio-amido) nel pozzetto (test di Lugol).
- Un risultato positivo per la presenza di NaCl si tradurrà in un precipitato bianco (AgCl) nell'alvéolo (reazione con nitrato d'argento).
- Un risultato positivo per la presenza di carboidrati semplici si tradurrà in un precipitato rosso mattone (Cu2O) nella provetta (reazione di Fehling).
Risultati Previsti
Test dell'amido con soluzione di Lugol
Lo iodio (I-) contenuto nella soluzione di Lugol reagisce con l'amido per formare un complesso iodio-amido. Quando lo iodio viene aggiunto all'amido, si inserisce all'interno della struttura elicoidale delle molecole di amido, determinando un cambiamento di colore in blu-nero. Questa reazione è spesso utilizzata come test qualitativo per indicare la presenza di amido.
Test del NaCl con nitrato d'argento
Il nitrato d'argento reagisce con il cloruro (Cl-) per produrre un precipitato bianco di AgCl (s).
Test del glucosio
Fehling A: La soluzione di Fehling A è essenzialmente una soluzione di CuSO4 con una molarità di 0,05 M, con il suo caratteristico colore azzurro dovuto agli ioni Cu2+.
Soluzione di Fehling B: La soluzione di Fehling B contiene sale di Rochelle (tartrato di potassio e sodio) e NaOH 0,0625M. La soluzione di Fehling B è tipicamente un liquido limpido e incolore.
Quando la soluzione A di Fehling viene mescolata con la soluzione B di Fehling senza riscaldamento, le 2 soluzioni reagiscono formando un complesso blu intenso. Questo complesso è il risultato della reazione degli ioni rame (II) dalla soluzione A di Fehling con gli ioni tartrato dalla soluzione B di Fehling in un ambiente alcalino, formando un complesso rame (II)-tartrato. La miscela avrà un colore blu intenso.
Il calore è necessario per innescare la riduzione del rame (II) a rame (I), il che si traduce in un colore blu più intenso.
Quando si introducono zuccheri riducenti nella soluzione di Fehling riscaldata (una miscela di Fehling A e B), avviene una reazione chimica in cui gli zuccheri riducenti donano elettroni agli ioni rame (II), riducendoli a ioni rame (I). Il colore della soluzione cambia da blu intenso a blu chiaro, seguito dalla comparsa di un precipitato rosso, indicativo della presenza di zuccheri riducenti.
Questo test è specifico per gli zuccheri riducenti, che sono zuccheri che presentano gruppi aldeidici o chetonici liberi capaci di agire come agenti riducenti. Gli zuccheri riducenti comuni includono glucosio, fruttosio, lattosio e maltosio. Gli zuccheri non riducenti, come il saccarosio, non reagiscono in questo test a meno che non vengano idrolizzati ai loro componenti zuccherini riducenti.
Risultati dei test
- A: soluzione blu-nera (amido)
- B: rosso brunastro (senza amido)
- C: soluzione blu-nera (amido)
- D: precipitato bianco (NaCl)
- E: pulito (senza NaCl)
- F: limpido (senza NaCl)
- blu scuro
- precipitato rosso mattone (glucosio)
- H: blu intenso (senza glucosio)
- precipitato rosso (glucosio)
Dopo l'osmosi
L'acqua si è spostata dall'esterno della cellula all'interno. Ciò è osservato dal livello dell'acqua nel becher, che è leggermente diminuito, e dalla sacca, che è leggermente aumentata di dimensioni. Glucosio e amido si sono spostati dall'interno della sacca al mezzo esterno. Sono rilevati nell'acqua circostante la sacca utilizzando i test con iodio di Lugol e soluzione di Fehling. La concentrazione delle sostanze all'interno e all'esterno della membrana, così come la dimensione delle particelle, è relativa alla dimensione dei pori della membrana.
Questo potrebbe essere spiegato da 3 principi:
- Movimento dell'acqua: Ciò descrive un processo simile all'osmosi, in cui l'acqua si muove attraverso una membrana semipermeabile da un'area a bassa concentrazione di soluto a un'area ad alta concentrazione di soluto. In questo caso, l'acqua all'interno del becher (all'esterno della cellula o del sacchetto) si muove nel sacchetto (che rappresenta la cellula), causando la diminuzione del livello dell'acqua nel becher e l'espansione del sacchetto man mano che si riempie d'acqua.
- Movimento di glucosio e amidoCiò indica che il glucosio e l'amido, inizialmente all'interno del sacchetto, si sono spostati nell'ambiente esterno (l'acqua nel becher). Questo spostamento potrebbe essere dovuto alla dialisi, un processo in cui le molecole e gli ioni più piccoli possono attraversare una membrana semipermeabile, mentre le molecole più grandi no. La presenza di glucosio e amido nella soluzione esterna è confermata utilizzando test specifici: il test dello iodio di Lugol per l'amido, che diventa blu-nero in presenza di amido, e il test della soluzione di Fehling per gli zuccheri riducenti come il glucosio, che provoca un cambiamento di colore quando il glucosio riduce gli ioni rame (II) nella soluzione di Fehling a ossido di rame (I).
- Concentrazione e granulometriaQuesta affermazione si riferisce ai fattori che influenzano il movimento delle sostanze attraverso una membrana. Il gradiente di concentrazione (la differenza di concentrazione della sostanza all'interno e all'esterno della membrana) e la dimensione relativa delle particelle rispetto alla dimensione dei pori della membrana determinano quali sostanze possono attraversare la membrana. Particelle o molecole più grandi che superano le dimensioni dei pori della membrana non possono passare, mentre quelle più piccole sì.
Riepilogo del compito per intervallo di voti
Classi 3-5 (Età 8-10)
- Concentrati: Introduzione base all'osmosi e alla diffusione, semplici passaggi di preparazione e osservazioni di base.
- AttivitàPreparazione di soluzioni semplici, uso di base di una sacca per dialisi e test chimici introduttivi.
Scuola secondaria di primo grado (11-13 anni)
- Concentrati: Comprensione intermedia.
- AttivitàPreparazione e riscaldamento di soluzioni, utilizzo di una sacca da dialisi per esperimenti di diffusione e applicazione di test chimici.
Scuola superiore (14-18 anni)
- Concentrati: Comprensione avanzata dell'osmosi e della diffusione, preparazione e osservazione dettagliate e test chimici completi.
- AttivitàPreparazione di soluzioni dettagliate, esecuzione di complessi esperimenti di diffusione con una sacca di dialisi e conduzione di test e analisi chimiche approfondite.
Materiale essenziale di laboratorio
Strumenti
- Becher (250 ml e 600 ml)
- Erlenmeyer (50 mL)
- Piastra di base
- Contagocce
- Pipetta
- Cilindro graduato (10 ml e 100 ml)
- Piastra riscaldante
- Supporto da laboratorio e morsetti
- Sacchetto a osmosi
- Provette
- Bastoncino di vetro
Prodotti
- Soluzione di Fehling A
- Soluzione di Fehling B
- Soluzione di glucosio
- Soluzione di Lugol 2%
- Soluzione di nitrato d'argento
- Cloruro di sodio in soluzione
- Soluzione di amido