Osmóza s vajíčkom: 3 jednoduché experimenty na Veľkú noc

Veľká noc sa blíži a ľudia majú plné ruky práce s ručnými prácami, varením, pečením a zdobením. Ale Veľká noc má tiež čo ponúknuť prírodovedcom - koniec koncov, v dnešnej dobe sa všetko točí okolo malého zázraku prírody: vajíčka. A poviem vám, aké vzrušujúce veci môžete s vajíčkom robiť - a poučte sa z nich.

Čítate to správne: Nasledujúce tri experimenty môžete vykonať jeden po druhom s jediným surovým vajcom! Pred vyskúšaním si preto pozorne prečítajte pokyny, aby ste mali všetko po ruke v pravý čas. Inšpiráciou pre to mimochodom je anglicky hovoriaci svet, kde sa tiež venujú experimentovaniu.

Tento článok je tiež súčasťou prehliadky blogu „Spoločne cez Veľkú noc“ u horských bratov a sestier. Nájdete tam viac tipov a nápadov o Veľkej noci!

1. Nahé vajce

Vedeli ste, že surové vajce môžete olúpať bez poškodenia jeho vnútra alebo rozpadu?

Musíte

• surové kuracie vajce
• Ocot pre domácnosť (približne 10% kyseliny octovej vo vode)
• zakrývateľnú nádobu, v ktorej je dostatok miesta na vajíčko, napríklad nádobu na med
• asi 24 hodín

exekúcia

Naplňte nádobu vysokú asi dva až sedem centimetrov domácim octom a opatrne do nej zasuňte vajíčko. Otvor zakryte napríklad vhodným skrutkovacím uzáverom (jednoducho ho nasaďte, nie pevne priskrutkujte!), A nádobu nechajte deň stáť.

Čo môžete sledovať

Len čo vajce príde do styku s octom, na jeho povrchu sa vytvoria malé bublinky, ktoré pomaly stúpajú k hladine vody. Prebieha chemická reakcia, pri ktorej vzniká plyn!

Preto nikdy nesmiete nádobu pevne uzavrieť. V opačnom prípade sa v ňom zachytí plyn a vytvorí sa pretlak, ktorý zastaví reakciu (prečo je to tak, vysvetľuje Le Châtelier na letisku).

Keď po dni vyberiete vajíčko z octu (ľudská pokožka je chránená proti kyseline: vajíčko môžete bezpečne chytiť holou rukou do 10% domáceho octu a vyloviť.) Vajíčko potom dôkladne opláchnite pod tečúcou vodou !), tvrdá škrupina je preč. Namiesto toho môžu na povrchu octu plávať spenené zvyšky, ktoré, ak použijete hnedé vajce ako ja, budú obsahovať hnedé pruhy farbiva. To všetko je neškodné a dá sa jednoducho zmyť.

Čo zostalo, je vnútro surového vajíčka obklopené tenkou zamatovou pokožkou. Vajíčko je teraz elastické: môžete ho (opatrne) vtlačiť prstami.

A je priesvitný: cez vonkajšiu šupku môžete vidieť žltý žĺtok alebo držať vajce až po svetlo, aby bolo viditeľné ako tmavý tieň. Tiež ste si už mohli všimnúť, že vajce je väčšie ako pred kúpaním v octe!

Ako je vajce štruktúrované?

Slepačie vajce obsahuje predovšetkým bielkoviny, tuky a vodu. Okrem toho existujú takmer všetky vitamíny (Link) (iba vitamín C sa tvorí iba pri vyliahnutí oplodneného vajíčka) a veľa minerálov. Koniec koncov, vajce je určené na kŕmenie vyvíjajúceho sa kurčaťa.

Stredom vajíčka je žĺtok, tiež známy ako vaječný žĺtok, ktorý je hlavným zdrojom potravy pre mladé kuracie embryo. Skladá sa zo 16% bielkovín, 32% tukov a 50% vody. Zvyšné 2% tvoria minerály a sacharidy. Vaječný žĺtok sa vytvára vo vaječníku sliepky a obklopený tenkou membránou (táto membrána tiež drží žĺtok spolu na praženici!), Po ovulácii sa pohybuje dolu do vajíčkovodu.

Žĺtok je postupne obklopený niekoľkými vrstvami vaječného bielka: Najskôr silná vrstva, ktorá vybieha v krupobitiach a drží žĺtok uprostred vajíčka. Potom existujú dve tenké vrstvy, ktorých vonkajšia strana je obklopená dvojitou vnútornou membránou vaječných škrupín (membrána vaječných škrupín je tenká pokožka, ktorú je často možné jednotlivo odlúpnuť na varenom vajci). Bielko slúži nielen ako druhý zdroj potravy pre kuriatko, ale aj ako tlmič nárazov. Skladá sa z 87% vody a iba 11% bielkovín - zvyšné zložky tvoria najviac 2%.

Na ochranu jemnej membrány vaječných škrupín je vajíčko zvonku obklopené tvrdou vápennou škrupinou. Asi 10 000 pórov v škrupine umožňuje výmenu veľmi malých molekúl, napríklad kyslíka a oxidu uhličitého, takže vyvíjajúce sa kuriatko môže „dýchať“. Tenká oblátka na škrupine (kutikulu), podobne ako vaječný bielok, má odpudzujúci účinok na baktérie, takže neporušené vajcia je možné uchovať relatívne dlho nielen pod sliepkou, ale aj pri izbovej teplote.

Čo sa stane v octe?

Ocot, medzi chemikmi „kyselina octová“, je slabá, ale účinná kyselina. To znamená, že molekuly octu môžu uvoľňovať ióny H +, ktoré sú absorbované „zásadou“:

Silnejšou zásadou ako voda je uhličitanový ión vo vápne (chemici uhličitan vápenatý, CaCO3), takže ocot ľahšie reaguje s vápnom vo vaječnej škrupine:

Vyrába sa kyselina uhličitá (H2CO3), ktorá sa rýchlo rozkladá na oxid uhličitý a vodu:

Oxid uhličitý sa zhromažďuje v plynových bublinách a stúpa z vaječnej škrupiny na povrch octu. Zostávajú ióny vápnika (Ca 2+) a octanu (H3C-COO -), ktoré sa spolu celkom dobre rozpúšťajú vo vode. Pretože vaječná škrupina pozostáva z 90% vápna, úplne sa rozpustí, keď reaguje s octom. Zvyšných 10% - vrátane farby hnedých vajec - sa zhromaždí ako viac alebo menej tekutý zvyšok na povrchu octu.

2. Zmenšené vajce

Ak sa vajíčko bez škrupiny zväčší, môže sa tiež zmenšiť? A ako k tomu dôjde?

Na vyskúšanie potrebujete

• holé vajce z experimentu 1
• vyčistená nádoba z experimentu 1
• Glukózový sirup alebo sirup so sladkým nápojom s vysokým obsahom cukru
• asi 12 až 18 hodín

exekúcia

Vložte holé vajíčko do prázdnej nádoby a naplňte ho takmer po okraj sirupom. Vajce bude plávať na povrchu.

Tentokrát teda úplne zatvorte veko alebo zvážte voľný kryt, aby sa vajce vtlačilo dolu do tekutiny. Potom to celé nechajte pokojne stáť cez noc.

Čo môžete sledovať

Ak vajíčko vylovíte zo sirupu po nočnom kúpeli a opláchnete ho, bude znateľne jemnejšie a poddajnejšie. Už pri položení na rovný povrch na ňu teda zreteľne zapôsobí vlastná váha.

Tiež sa zmenšil na pôvodnú veľkosť, možno ešte ďalej!

Odkedy som použila sirup na tmavý nápoj, moje vajíčko získalo tiež hnedú farbu sirupu.

Prečo sa vajíčko zmenšuje?

Všetky látky pozostávajú z drobných častíc, ktoré sú (nad absolútnou nulou) vždy v pohybe. V tuhej látke sú tieto častice usporiadané v pevnej mriežke, ale na svojich miestach nepretržite kmitajú tam a späť. V tekutine alebo plyne naopak častice plávajú do veľkej miery voľne okolo seba, ako ľudia na rušnom námestí.

Ak spojíte dve kvapaliny alebo plyny dohromady, ich častice nevyhnutne obiehajú okolo seba: častice jednej látky prenikajú do druhej, častice druhej látky do prvej. Chemici (a fyzici) nazývajú tento nedobrovoľný pohyb jeden v druhom „difúziou“.

Membrána z vaječných škrupín je teraz „semipermeabilnou“ pokožkou: obsahuje malé póry, cez ktoré môžu prechádzať iba veľmi malé molekuly, ako je voda (H2O), kyslík (O2), dusík (N2), oxid uhličitý (CO2). Väčšie molekuly, ako napríklad molekuly cukru (jedna molekula stolového cukru (sacharózy) pozostáva zo 45 atómov, hroznový cukor (glukóza) pozostáva z 24 atómov!) Nemôže sa dostať cez. Ak takáto membrána prekáža vzplanutiu častíc dvoch (alebo viacerých) látok, môžu iba tieto častice migrovať do inej látky, ktorú membrána prepúšťa.

Bielko vo vajci sa skladá z bielkovín - veľmi veľkých molekúl - a vody, zatiaľ čo sirup pozostáva hlavne z cukru, tj. Väčších molekúl, a vody. Takto sa cez membránu škrupiny dostanú iba molekuly vody: Z vajíčka, kde ho je veľa (87% normálneho vaječného bielka pozostáva z vody, z holého vajíčka ešte viac!), Mnoho migruje von. Naproti tomu veľmi málo migruje zo sirupu do vajíčka, pretože v sirupe je iba niekoľko molekúl vody. Vajcia zostáva čoraz menej vody: zmenšuje sa! Celé to funguje, kým vonku a vnútri nie je rovnaké množstvo vody v porovnaní s cukrom alebo bielkovinami - pretože potom vždy rovnaký počet molekúl vody migruje von a dovnútra.

Difúzia cez semipermeabilnú membránu iba v jednom smere sa nazýva „osmóza“ a živé bunky ju používajú na výmenu látok. Mnoho bunkových membrán má veľa pórov pre vodu, ale menej pre soľ alebo ióny. Ak skonzumujeme veľmi veľké množstvo kuchynskej soli (štipľavá slaná chuť nám v tom obvykle bráni), takže sa medzi bunkami nášho tela nachádza veľa soli, voda z buniek migruje hlavne von, takže sa zmenšujú ako vajíčko. A to môže mať fatálne následky, ako informuje „Chemical Reporter“.

Póry v membráne vaječnej škrupiny tiež umožňujú prepúšťanie hnedého farbiva v sirupe: Pretože molekuly farbiva boli spočiatku k dispozícii iba vonku v sirupe, niektoré z nich migrovali do vajíčka, takže po kúpaní v sirupe vyzerá hnedo. To ukazuje, že difúzia skutočne prebieha súčasne v oboch alebo vo všetkých smeroch!

3. Vajcová fontána

Môže vajíčko znova vyrásť? A o koľko väčší sa môže dostať?

Na vyskúšanie potrebujete

• holé, scvrknuté vajíčko z experimentu 2
• vyčistená nádoba z experimentu 2
• Voda z vodovodu
• prípadne potravinárske farbivo
• 12 až 18 hodín času
• hrnček na vajcia a podľa potreby tanier na uloženie
• ostrý špáradlo alebo ihla

exekúcia

Naplňte nádobu vodou z vodovodu, ktorá je vysoká najmenej asi dva palce. Ak ste v experimente 2 použili bezfarebný sirup, môžete teraz do vody primiešať určité potravinárske farbivo, kým nebude silno sfarbené. Potom vložte zmenšené vajíčko dovnútra. Vajce je teraz hustejšie ako voda a samo klesá k dnu nádoby.

Vajíčko nechajte odstáť vo vode ďalších 12 až 18 hodín. Potom ho vyberte, mierne mierne osušte a položte na hrnček na vajcia hrotom hore. Ihlou alebo špáradlom napichnite vajíčko na vrch - a sledujte fontánu!

Čo môžete sledovať

Počas jeho dvanásťhodinového kúpeľa vo vode z vodovodu sa vajíčko stalo minimálne také veľké, ako bolo po experimente 1, ale nie výrazne väčšie. Ak ste v experimente 2 použili tmavý sirup, pôvodne bezfarebná voda bude mierne sfarbená.

Ak ste v poslednom kroku použili bezfarebný sirup a potravinárske farbivo, vajíčko nadobudne svoju farbu (pravé veľkonočné vajíčko!). V každom prípade je to v porovnaní so zmenšeným stavom po pokuse 2 opäť plné.

Ak prudko napichnete vztýčené vajíčko na vrch, z malej fontány vytečie tekutina, hlavne voda. Preto, ak váš pohár na vajcia nemá žľab, položte pod neho tanier!

Ak sa nebojíte goo, môžete potom rozobrať zvyšky vajíčka a pozrieť sa bližšie. Môj vaječný žĺtok bol po trojdňových striedavých kúpeľoch tvrdo uvarený: Niečo, čo sa dostalo do vajíčka - kyselina octová, malé množstvo alkoholu zo sirupu alebo veľa vody - zjavne spôsobilo zrážanie bielkovín.

dispozícia

Všetky tri experimenty sa uskutočňujú výlučne s prísadami potravín (domáci ocot nie je nič iné ako koncentrovaný, čistý stolový ocot). Akýkoľvek zvyšok môže byť preto spláchnutý do odtoku. Pevné zvyšky vajíčka môžete vložiť do organického odpadu. Po manipulácii s otvoreným surovým vajcom v experimente 3 si dôkladne umyte ruky!

Osmotický tlak a jeho dôsledky

Ak je scvrknuté vajíčko vložené do čistej vody, smer pohybu jednoducho osmóza zmení: vo vzťahu k väčším molekulám je mimo ľadu oveľa viac vody ako vo vnútri. Takže teraz viac molekúl vody migruje do vajíčka ako von: vajíčko znovu rastie (z tohto dôvodu tiež rástlo, keď sa rozpustila tvrdá škrupina: migrovala do neho voda z octu).

Ak voda obsahuje aj potravinárske farbivá, molekuly farbiva, pre ktoré je priepustná aj membrána škrupiny, migrujú do vajíčka ako voda a „zafarbia“ ich.

Neustály príliv molekúl vody spôsobuje, že je vo vajíčku čoraz pevnejšie: Zvyšuje sa tlak - hovorí sa o osmotickom tlaku. Tento tlak môže spomaliť ďalšiu migráciu molekúl (ak sa vo vajci veci utiahnu, póry membrány sa zaseknú), alebo ak sa im to vymkne z rúk, môže prasknúť!

Dvojitá membrána z vaječných škrupín toho však veľa vydrží, takže osmotický tlak spomalí prisatie vody skôr, ako membrána praskne. Tento tlak je stále cítiť: napína membránu tak, ako tlak v naplnenom balóniku napína pokožku balónika. Ak potom vajíčko prepichnete cieleným spôsobom, tlak, ktorý sa v ňom vytvorí, nechá vodu vystreliť veľkým oblúkom cez otvor.

Bunky tela ľudí a zvierat sú menej robustné: Napríklad ak vnášate červené krvinky do čistej vody, mnoho molekúl vody do nich migruje cez bunkovú membránu. V dôsledku hromadenia osmotického tlaku sa bunky rozširujú - v najhoršom prípade až do prasknutia. A to je pre život mimoriadne škodlivé. Preto infúzia od lekára vždy obsahuje toľko solí a väčších molekúl ako normálna krvná plazma (krvná tekutina). Krvná plazma je vytvorená takým spôsobom, že ani nadmerné množstvo vody nemôže migrovať do krviniek ani z nich.

Mimochodom, rastlinné bunky sa lepšie vyrovnávajú s posunmi osmotického tlaku: majú pevnú vonkajšiu stenu, ktorá im bráni v prasknutí a vo vnútri vlastnej nádrže na prebytočnú vodu. Napríklad bunky v bunkových stenách sa zmenšujú, keď je rastlina smädná, takže vyzerá ochabnutá a zvädnutá, ale nestratí úplne svoj tvar. Ak potom intenzívne nalievate, voda migruje do buniek a tiež plní nádrž (vakuolu), takže bunkové steny sú podopreté a rastlina vyzerá vo veľmi krátkom čase opäť pevne a sviežo.

Prajem vám veľa zábavy pri experimentovaní s „nahým“ vajíčkom a jeho osmóznymi schopnosťami - a nádherné, tvorivé a poučné Veľkonočné sviatky!

Skopírovali ste experimenty:

Ak niečo nefungovalo alebo fungovalo iba čiastočne, napíšte to do komentárov. Rád pomôžem pri riešení problémov!