Această experiență urmărește să demonstreze dializa printr-o simulare a difuziunii diferitelor substanțe printr-o membrană semipermeabilă, reprezentată de sacul de dializă. Experiența ilustrează concepte cheie din biologie celulară și chimie, precum permeabilitatea membranelor, difuziunea și reacții chimice specifice pentru testarea prezenței anumitor molecule într-o soluție.
Obiective educaționale
Pregătirea soluției și încălzirea: Începutul experimentului constă în pregătirea unei soluții apoase și încălzirea unui eprubet care conține glucoză pentru a simula prepararea “celulei virtuale” și a soluției înconjurătoare. Pregătirea reactivilor pentru teste: pregătirea unor vase cu reactivi specifici pentru glucoză, amidon și sare pregătesc terenul pentru testarea prezenței acestor substanțe după dializă.
Pregătirea sacului de dializă: Experiența simulează membrana celulară folosind o pungă de dializă, în care sunt introduse soluții de amidon, sare și glucoză. Punga este apoi scufundată în apă distilată pentru a simula mediul extracelular. Difuziune și dializă: Implementarea permite observarea procesului de difuziune a moleculelor prin membrana semipermeabilă a pungii de dializă, imitând funcționarea unei celule vii în mediul său.
Teste chimice: După o perioadă de dializă, se efectuează teste chimice pentru a identifica substanțele care s-au dizolvat prin membrană. Aceste teste includ utilizarea lugolului pentru detectarea amidonului, a soluțiilor Fehling A și B pentru glucoză și a nitratului de argint pentru sare.
Observarea schimbărilor: Experiența face posibilă observarea modificărilor compoziției chimice a apei înconjurătoare și din interiorul sacului de dializă, precum și orice modificare de volum în sac, ilustrând principiile osmozei și difuziunii.
Obiective de experiență:
- Înțelegeți dializa Demonstrați cum substanțele difuzează printr-o membrană semipermeabilă, conform gradienților lor de concentrație.
- Ilustrează principiile difuziunii și osmozei: observați direct cum moleculele se mișcă dintr-o zonă cu concentrație mare spre o zonă cu concentrație mică și cum acest lucru afectează volumul din sacul de dializă.
- Aplicarea testelor chimice: utilizați reacții chimice specifice pentru a verifica prezența glucozei, a amidonului și a sării, subliniind importanța indicatorilor chimici în detectarea substanțelor.
Această experiență oferă o înțelegere practică a proceselor biologice și chimice fundamentale, utilizând tehnici de laborator pentru a explora concepte cheie din biologie și chimie.
Protocol
Soluțiile de control (pozitive)
NaCl și amidon
- Folosind pipeta, introduceți 5 până la 10 picături de soluție de amidon în cavitatea marcată cu A.
- Goliți surplusul din pipetă în recipientul de recuperare.
- Folosind picurătorul, puneți 5 până la 10 picături de soluție de clorură de sodiu în godeul etichetat D.
- Goliți excesul din picurător în recipientul de recuperare.
- Folosind picurătorul, adăugați 5 până la 10 picături de Lugol în fântâna etichetată A.
- Goliți excesul din picurător în recipientul de recuperare.
- Folosind pipeta, adăugați 5 până la 10 picături de nitrat de argint în godeul marcat cu D.
- Goliți surplusul din picurător în recipientul de recuperare.
- Agitați bine paharele A și D folosind bagheta de sticlă.
Observațiile reacțiilor de control se găsesc în tabelul de rezultate.
Glucoză
- Umpleți un pahar Berzelius de 500 mL cu 400 mL de apă de la robinet.
- Introduceți tija magnetică în pahar.
- Puneți paharul pe plita electrică și setați la 75°C. Așteptați până la atingerea temperaturii.
- Pornește motorul magnetic (butonul din stânga).
- Folosind pipeta, puneți 10 mL de soluție de glucoză în eprubeta etichetată G.
- Folosind pipeta, adăugați 10 mL de Fehling A în eprubeta marcată G.
- Cu ajutorul pipetei, adăugați 10 mL de Fehling B în eprubeta etichetată G.
- Amestecați conținutul eprubetei agitând-o timp de câteva secunde.
- Pune o clemă universală pe suportul stâng, deasupra becherului de 500 mL pregătit la pasul 1.
- Atașați eprubeta etichetată G la clema universală deasupra centrului paharului.
- Introduceți termometrul în eprubetă și așteptați ca temperatura să ajungă peste 70°C în eprubetă.
- Pune eprubeta G înapoi în poziția sa originală pe suportul de eprubete.
- Amestecați conținutul eprubetei agitând-o timp de câteva secunde cu bagheta de sticlă.
- După finalizarea reacției din eprubetă (precipitare), coborâți temperatura plăcii de încălzire la 15°C.
- Oprește motorul magnetic.
Observațiile reacției de control se găsesc în tabelul cu rezultate.
Pregătirea sacului de osmoză și testarea soluției inițiale
- Puneți 300 ml de apă caldă de la robinet în vasul Berzelius de 600 ml.
- Înmuiați punga de dializă în apă caldă pentru a o face mai flexibilă.
- Pune o capsă neagră în partea de jos a pungii de dializă pentru a o închide.
- În cilindrul gradat de 10 mL, deversați succesiv, cu ajutorul pipetei, 3 mL de soluție de amidon, 3 mL de clorură de sodiu și 3 mL de soluție de glucoză. Între fiecare substanță, goliți surplusul în recipientul de colectare.
- Așezați punga de dializă orizontal pe blat, cu deschiderea laturii largi în sus. Turnați conținutul cilindrului gradat în această deschidere.
- Așezați eprubeta goală de 250 mL lângă suportul universal din dreapta.
- Așezați o clemă universală pe suportul universal din dreapta, deasupra centrului paharului.
- Atașați punga de dializă de suportul universal din dreapta, folosind clema universală și așezați ansamblul vertical în paharul Berzelius de 250 mL. Aveți grijă să nu vărsați conținutul pungii de dializă în pahar.
- Turnați aproximativ 200 mL de apă distilată în eprubeta de 250 mL, astfel încât conținutul săgetii să fie imersat în apă. Apa nu trebuie să atingă capătul unde se află deschiderea săgeții.
- Folosind pipeta, luați lichidul din baloane în care este înmuiat sacul de dializă. Puneți 5 până la 10 picături de soluție în godeul B și 5 până la 10 picături de soluție în godeul E.
- Goliți surplusul din pipetă în recipientul de recuperare.
- Folosind pipeta, adăugați 5 până la 10 picături de soluție Lugol în godeul etichetat B.
- Goliți surplusul din pipetă în recipientul de recuperare.
- Folosind pipeta, adăugați 5 până la 10 picături de nitrat de argint în puțul etichetat E.
- Goliți excesul din picurător în recipientul de recuperare.
- Agitați bine paharele B și E folosind bagheta de sticlă.
- Așezați plita, pe care se află întotdeauna eprubeta cu apă, la 75°C. Așteptați să se atingă temperatura.
- Porniți agitatorul magnetic (butonul din stânga).
- Folosind pipeta, pune 10 mL în eprubeta etichetată H din apa din paharul în care se înmoaie punga.
- Folosind pipeta, adăugați 10 mL de Fehling A în eprubeta etichetată H.
- Cu ajutorul pipetei, adăugați 10 mL de Fehling B în eprubeta marcată cu H.
- Amestecați conținutul eprubetei agitând-o timp de câteva secunde.
- Fixați eprubeta etichetată (H) de clema universală deasupra centrului paharului Berzelius.
- Introduceți termometrul în eprubetă și așteptați până când se atinge o temperatură de peste 70°C în eprubetă.
- Ia eprubeta (H) și așază-o la loc în poziția inițială pe stativul de eprubete.
- Amestecați conținutul eprubetei agitând-o câteva secunde cu bagheta de sticlă.
- Reduceți temperatura plăcii de încălzire la 15°C.
- Oprește agitatorul magnetic.
- Așteaptă 24 de ore (folosește butonul ceasului pentru a avansa timpul)
Testarea soluției finale
- Folosind pipeta, luați lichidul din vasul de laborator în care este scufundat sacul de dializă și puneți 5 până la 10 picături de soluție în godeul C și 5 până la 10 picături de soluție în godeul F.
- Goliți surplusul din pipetă în recipientul de recuperare.
- Folosind pipeta, adăugați 5 până la 10 picături de Lugol în godeul etichetat C.
- Goliți excesul din picurător în recipientul de recuperare.
- Folosind pipeta, adăugați 5 până la 10 picături de nitrat de argint în godeul etichetat F.
- Goliți excesul din picurător în recipientul de recuperare.
- Agitați bine paharele C și F folosind bagheta de sticlă.
- Așezați plita, pe care se află întotdeauna eprubeta cu apă, la 75°C. Așteptați să se atingă temperatura.
- Porniți agitatorul magnetic (butonul din stânga).
- Folosind pipeta, introduceți 10 mL în eprubeta etichetată I din apa din paharul în care stă pliculețul.
- Cu ajutorul pipetei, adăugați 10 mL de Fehling A în eprubeta etichetată I.
- Folosind pipeta, adăugați 10 ml de Fehling B în eprubeta etichetată I.
- Amestecați conținutul eprubetei agitând-o timp de câteva secunde.
- Fixați eprubeta etichetată (I) pe clema universală deasupra centrului vasului Berzelius.
- Introduceți termometrul în eprubetă și așteptați până când temperatura din eprubetă ajunge peste 70°C.
- Ia eprubeta (I) și pune-o înapoi în locația sa originală pe stativul de eprubete.
- Amestecați conținutul eprubetei agitând-o timp de câteva secunde cu bagheta de sticlă.
- Reduceți temperatura plăcii de încălzire la 15°C.
- Oprește agitatorul magnetic.
Observațiile se găsesc în tabelul de rezultate.
- Un rezultat pozitiv pentru prezența carbohidraților complecși va duce la o colorație purpurie (complex iod-amidon) în godeu (testul Lugol).
- Un rezultat pozitiv pentru prezența NaCl va rezulta într-un precipitat alb (AgCl) în alveolă (reacția cu nitrat de argint).
- Un rezultat pozitiv pentru prezența carbohidraților simpli va rezulta într-o precipitație de culoare roșu-cărămiziu (Cu2O) în eprubetă (reacția Fehling).
Rezultate anticipate
Test pentru amidon cu soluție Lugol
Iodul (I-) conținut în soluția Lugol reacționează cu amidonul pentru a forma un complex iod-amidon. Când iodul este adăugat la amidon, acesta se potrivește în structura elicoidală a moleculelor de amidon, rezultând o schimbare de culoare spre albastru-negru. Această reacție este adesea utilizată ca test calitativ pentru a indica prezența amidonului.
Test NaCl cu nitrat de argint
Nitrura de argint reacționează cu clorura (Cl-) pentru a produce un precipitat alb de AgCl (s).
Test de Glicemie
Fehling A: Soluția Fehling A este, în esență, o soluție de CuSO4 cu o molaritate de 0,05M, cu culoarea sa caracteristică albastru-cer de la ionii Cu2+.
Fehling B: Soluția Fehling B conține sare Rochelle (tartrat de potasiu și sodiu) și NaOH 0.0625M. Soluția Fehling B este de obicei un lichid limpede, incolor.
Când soluția A Fehling este amestecată cu soluția B Fehling fără încălzire, cele 2 soluții reacționează pentru a forma un complex albastru intens. Acest complex este rezultatul ionilor de cupru (II) din soluția A Fehling care reacționează cu ionii tartrat din soluția B Fehling într-un mediu alcalin, formând un complex cupru (II)-tartrat. Amestecul va fi de culoare albastru intens.
Căldura este necesară pentru a conduce reducerea cuprului (II) la cuprul (I), rezultând o culoare albastră mai intensă.
Când introduceți zaharuri reducătoare în soluția Fehling încălzită (un amestec de Fehling A și B), are loc o reacție chimică în care zaharurile reducătoare donează electroni ionilor de cupru (II), reducându-i la ioni de cupru (I). Culoarea soluției se schimbă de la albastru intens la albastru deschis, urmată de apariția unui precipitat roșu, ceea ce indică prezența zaharurilor reducătoare.
Acest test este specific pentru zaharurile reducătoare, care sunt zaharuri ce au grupări aldehidice sau cetonice libere capabile să acționeze ca agenți reductori. Zaharurile reducătoare comune includ glucoza, fructoza, lactoza și maltoza. Zaharurile nereducătoare, precum zaharoza, nu reacționează în acest test decât dacă sunt hidrolizate la componentele lor de zaharuri reducătoare.
Rezultatele testelor
- A: soluție albastru-închis (amidon)
- B: roșu-maroniu (fără amidon)
- C: soluție albastru-închis (amidon)
- D: precipitat alb (NaCl)
- E: curat (fără NaCl)
- F: limpede (fără NaCl)
- albastru închis
- G: precipitat roșu-cărămiziu (glucoză)
- H: albastru intens (fără glucoză)
- precipitat roșu (glucoză)
După osmoză
Apa s-a mutat din afara celulei în interior. Acest lucru este observat prin nivelul apei din pahar, care a scăzut ușor, și prin sac, care s-a mărit ușor. Glucoza și amidonul s-au mutat din interiorul sacului în mediul extern. Acestea sunt detectate în apa care înconjoară sacul utilizând testele cu iod Lugol și soluția Fehling. Concentrația substanțelor din interiorul și din afara membranei, precum și dimensiunea particulelor sunt relative la dimensiunea porilor membranei.
Acest lucru ar putea fi explicat prin 3 principii:
- Mișcarea apei: Aceasta descrie un proces precum osmoza, unde apa se deplasează printr-o membrană semipermeabilă dintr-o zonă cu o concentrație mai mică de solut într-o zonă cu o concentrație mai mare de solut. În acest caz, apa din interiorul paharului (în afara celulei sau sacului) se deplasează în interiorul sacului (reprezentând celula), determinând scăderea nivelului apei în pahar și extinderea sacului pe măsură ce se umple cu apă.
- Mișcarea glucozei și a amidonului: Acest lucru indică faptul că glucoza și amidonul, inițial în interiorul sacului, s-au deplasat în mediul exterior (apa din pahar). Această mișcare ar putea fi datorată dializei, un proces prin care moleculele și ionii mai mici pot trece printr-o membrană semipermeabilă, în timp ce moleculele mai mari nu pot. Prezența glucozei și a amidonului în soluția externă este confirmată prin teste specifice: testul cu iod Lugol pentru amidon, care devine albastru-negru în prezența amidonului, și testul cu soluția Fehling pentru zaharuri reducătoare precum glucoza, care duce la o schimbare de culoare atunci când glucoza reduce ionii de cupru (II) din soluția Fehling la oxid de cupru (I).
- Concentrație și dimensiunea particulelorAceastă afirmație se referă la factorii care influențează mișcarea substanțelor peste o membrană. Gradientul de concentrație (diferența de concentrație a substanței în interiorul și în afara membranei) și dimensiunea relativă a particulelor în comparație cu dimensiunea porilor membranei determină ce substanțe pot trece prin membrană. Particulele sau moleculele mai mari care depășesc dimensiunea porilor membranei nu pot trece, în timp ce cele mai mici pot.
Rezumatul temei pe intervale de note
Clasele 3-5 (Vârsta 8-10 ani)
- Focus: Introducere de bază în osmoză și difuzie, pași simpli de preparare și observații de bază.
- Activități: Pregătirea soluțiilor simple, utilizarea de bază a unei pungi de dializă și teste chimice introductive.
Clasele 6-8 (Vârste 11-13)
- FocusÎnțelegere intermediară a osmozei și difuziei, pași detaliați de pregătire și observații intermediare.
- Activități: Prepararea și încălzirea soluțiilor, utilizarea unei pungi de dializă pentru experimente de difuzie și aplicarea testelor chimice.
Clasele 9-12 (Vârste 14-18)
- FocusÎnțelegerea avansată a osmozei și difuziei, pregătire și observație detaliată și testare chimică cuprinzătoare.
- ActivitățiPregătirea soluțiilor detaliate, efectuarea de experimente complexe de difuzie cu o pungă de dializă și realizarea de teste și analize chimice aprofundate.
Esențiale de laborator
Instrumente
- Pahar (250 ml & 600 ml)
- Eprubete Erlenmeyer (50 mL)
- Găleată plată
- Picurători
- Pipetă
- Cilindru gradat (10 ml și 100 ml)
- Plită
- Stativ și cleme de laborator
- Sac de osmoză
- Eprubete
- Baghetă de sticlă
Produse
- Soluția Fehling A
- Soluția Fehling B
- Soluție de glucoză
- Soluție Lugol 2%
- Soluție de nitrat de argint
- Clorură de sodiu în soluție
- Soluție de amidon