Weird Science

Niezwykłe bariery

Poniższy arty­kuł został opu­bli­ko­wany pier­wot­nie w cza­so­pi­śmie dla nau­czy­cieli Bio­lo­gia w Szkole (3/2017):

Ilustracja

Ples M., Nie­zwy­kłe bariery. O bło­nach półp­rze­pusz­czal­nych i osmo­zie, Bio­lo­gia w Szkole, 3 (2017), Forum Media Pol­ska Sp. z o.o., str. 52-58

O bło­nach półp­rze­pusz­czal­nych i osmo­zie

Pojęcie komórki sfor­mu­ło­wał jako pierw­szy w 1665 roku Robert Hooke. Ter­mi­nem tym okre­ślamy w bio­lo­gii najm­niej­szą funk­cjo­nalną i struk­tu­ralną jed­nostkę orga­ni­zmu żywego, która może pro­wa­dzić wszyst­kie pod­sta­wowe pro­cesy życiowe. Komórka musi więc być zdolna do prze­miany mate­rii, a także wzro­stu i rozm­na­ża­nia w odpo­wiedni dla sie­bie spo­sób. Można więc powie­dzieć, że jest ona pod­sta­wową jed­nostką mor­fo­lo­gicz­no­−czyn­no­ściową ustroju [1]. Wiemy, że komórki wyka­zują między sobą duże różn­ice mor­fo­lo­giczne i bio­che­miczne. Różn­ice te są na tyle duże, że niek­tóre z nich sta­no­wią samo­dzielne orga­ni­zmy jed­no­ko­mór­kowe, zaś inne są ele­men­tami skła­do­wymi orga­ni­zmów wie­lo­ko­mór­ko­wych.

Komórka jest oto­czona błoną komór­kową. Występo­wa­nie wew­nątrz niej jądra komór­ko­wego jest pod­stawą podziału orga­ni­zmów na jądrowe (euka­rionty, łac. Euca­ry­ota) i bez­jądrowe (pro­ka­rionty, łac. Pro­ca­ry­ota). U więk­szo­ści pro­ka­rion­tów, roślin, grzy­bów i niek­tórych innych grup orga­ni­zmów na zew­nątrz błony komór­ko­wej występuje dodat­kowo cha­rak­te­ry­styczna struk­tura o zło­żo­nej i zróżn­i­co­wa­nej budo­wie – ściana komór­kowa. Jest to struk­tura mar­twa, nie wyka­zu­jąca wła­snego meta­bo­li­zmu. Wew­nątrz komórki znaj­duje się cyto­pla­zma, a u euka­rion­tów także sze­reg wew­nętrz­nych orga­nelli pełn­iących okre­ślone funk­cje, np. mito­chon­dria, pla­stydy, apa­rat Gol­giego, waku­ole i inne.

Błona komór­kowa nazy­wana też błoną cyto­pla­zma­tyczną lub pla­zmo­lemmą jest zbu­do­wana z dwóch warstw fos­fo­li­pi­dów oraz bia­łek, z których część jest luźno związana z powierzch­nią błony (białka powierzch­niowe), a inne prze­bi­jają błonę (białka trans­bło­nowe) lub są w niej w jakiś spo­sób zako­twi­czone (białka bło­nowe).

Zau­ważmy, że błona komór­kowa pełni bar­dzo ważną funk­cję – oddziela śro­do­wi­sko zew­nętrzne od wnętrza komórki. Roli tej nie w spo­sób prze­ce­nić, gdy tylko uświa­do­mimy sobie, że życie przy­najm­niej na pozio­mie mole­ku­lar­nym jest zło­żo­nym zespo­łem ści­śle sprzężo­nych pro­ce­sów fizyko-che­micz­nych i jako takie wymaga do ich pro­wa­dze­nia odpo­wied­nich warun­ków, m.in. wła­śnie oddzie­le­nia ich od uor­ga­ni­zo­wa­nego w inny spo­sób śro­do­wi­ska zew­nętrz­nego.

Błona komór­kowa jako bariera nie może być jed­nak całk­o­wi­cie nie­prze­pusz­czalna, ponie­waż żadna komórka nie mogłaby żyć jako układ izo­lo­wany, tj. bez możl­i­wo­ści wymiany mate­rii i ener­gii z oto­cze­niem.

Tak więc błona komór­kowa z jed­nej strony musi sta­no­wić barierę oddzie­la­jącą wnętrze komórki od śro­do­wi­ska zew­nętrz­nego, a jed­no­cze­śnie umożl­i­wiać tran­s­port pew­nych sub­stan­cji w obie strony. Tego typu barierę nazy­wamy błoną (mem­braną) półp­rze­pusz­czalną. Oczy­wi­ście półp­rze­pusz­czal­ność jest tylko jedną z cech błony komór­ko­wej, ponie­waż ma ona dużo bar­dziej skom­pli­ko­waną budowę niż to tutaj pokrótce nakre­ślono.

Błony półp­rze­pusz­czalne wyka­zują sze­reg bar­dzo inte­re­su­jących wła­ści­wo­ści, z którymi możemy się zapo­znać. W dal­szej czę­ści arty­kułu chciałbym zapro­po­no­wać Czy­tel­ni­kowi prze­pro­wa­dze­nie kilku nie­zbyt skom­pli­ko­wa­nych, a jed­no­cze­śnie cie­ka­wych doświad­czeń, w których wyko­rzy­stano zarówno natu­ralne, jak i sztuczne błony półp­rze­pusz­czalne.

O osmo­zie – nieco teo­rii

Możemy powie­dzieć, że błona półp­rze­pusz­czalna to taka bariera, która prze­pusz­cza niek­tóre rodzaje cząste­czek, a zatrzy­muje inne. Mogą przez nią prze­ni­kać np. nie­wiel­kie cząsteczki roz­pusz­czal­nika, blo­ko­wane są nato­miast duże cząsteczki sub­stan­cji roz­pusz­czo­nej lub jony [2].

Aby zro­zu­mieć pro­cesy zacho­dzące w przy­padku błony półp­rze­pusz­czal­nej musimy przy­pom­nieć sobie o dyfu­zji. Jest to pro­ces samo­rzut­nego roz­prze­strze­nia­nia się cząste­czek lub ener­gii w każdym ośrodku (ciele sta­łym, gazie lub cie­czy) o tem­pe­ra­tu­rze wyższej od zera abso­lut­nego - jest to efekt cha­o­tycz­nych zde­rzeń cząste­czek sub­stan­cji dyfun­du­jącej między sobą lub z cząstecz­kami ośrodka.

Zasta­nówmy się jed­nak, co się sta­nie w przy­padku, kiedy za pomocą błony półp­rze­pusz­czal­nej roz­dzie­limy dwa roz­twory o różnym stęże­niu. Obra­zuje to sche­ma­tycz­nie Rys.1. Zau­ważmy, że w pra­wej czę­ści naczy­nia stęże­nie sub­stan­cji roz­pusz­czo­nej jest dużo więk­sze niż w lewej. Przez zazna­czoną w postaci sza­rej prze­grody błonę półp­rze­pusz­czalną mogą prze­ni­kać jedy­nie nie­bie­skie cząsteczki roz­pusz­czal­nika, nato­miast dużo więk­sze czer­wone cząstki sub­stan­cji roz­pusz­czo­nej nie mają takiej możl­i­wo­ści.

W takim przy­padku cząsteczki roz­pusz­czal­nika mają częst­szy kon­takt z błoną po stro­nie o niższym stęże­niu, ponie­waż przy wyższym w roz­two­rze ist­nieje więk­sza ilość cząste­czek sub­stan­cji roz­pusz­czo­nej, z którymi cząsteczki roz­pusz­czal­nika nie­jako kon­ku­rują o dostęp do błony. W efek­cie więcej cząste­czek roz­pusz­czal­nika prze­nika przez błonę w kie­runku od roz­tworu mniej stężo­nego do bar­dziej stężo­nego, niż odw­rot­nie. Możemy więc zaob­ser­wo­wać prze­ni­ka­nie roz­pusz­czal­nika wła­śnie w tym kie­runku. Zja­wi­sko to nazy­wamy osmozą. Zau­ważmy, że w wyniku osmozy docho­dzi do powol­nego wyrów­ny­wa­nia się stężeń roz­two­rów po obu stro­nach błony półp­rze­pusz­czal­nej: roz­twór o niższym stęże­niu ulega zatęże­niu poprzez odpływ roz­pusz­czal­nika, zaś bar­dziej stężony ulega roz­cieńcze­niu przez dopływ roz­pusz­czal­nika.

Ilustracja
Rys.1 – Mecha­nizm dyfu­zji przez błonę półp­rze­pusz­czalną; nie­bie­ski – cząsteczki roz­pusz­czal­nika, czer­wony – cząsteczki sub­stan­cji roz­pusz­czo­nej, szary – błona półp­rze­pusz­czalna, strzałka obra­zuje kie­ru­nek prze­ni­ka­nia roz­pusz­czal­nika przez błonę półp­rze­pusz­czalną

Roz­twór o niższym stęże­niu, tj. ten z którego ubywa roz­pusz­czal­nika nazywa się hipo­to­nicz­nym, nato­miast ten o wyższym stęże­niu, w którym przy­bywa roz­pusz­czal­nika nazywa się hiper­to­nicz­nym. Gdy roz­twory pozo­stają w rów­no­wa­dze osmo­tycz­nej (tzn. wymiana roz­pusz­czal­nika zacho­dzi w tym samym tem­pie w obu kie­run­kach), mówi się że są wza­jem­nie izo­to­niczne.

W jaki spo­sób to zba­dać?

Ist­nieje wiele spo­so­bów na zapo­zna­nie się ze zja­wi­skiem osmozy w ukła­dach bio­lo­gicz­nych. Nie­za­leżnie od tego, który z nich wybie­rzemy jest nam jed­nak potrzebna jakaś błona półp­rze­pusz­czalna.

Dla adepta bio­lo­gii zdo­by­cie odpo­wied­niego mate­riału nie sta­nowi jed­nak pro­blemu. W pierw­szym doświad­cze­niu pro­po­nuję wyko­rzy­sta­nie zwie­rzęcej błony półp­rze­pusz­czal­nej w postaci jelit zwie­rzęcych (Fot.1).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.1 – Jelita zwie­rzęce wyko­rzy­stane w doświad­cze­niu

Są to frag­menty oczysz­czo­nego jelita cien­kiego pocho­dzącego od świni. Zdo­by­cie mate­riału nie jest trudne – jelita takie sta­no­wią suro­wiec do wyrobu kiełbas i można je kupić w odpo­wied­nich skle­pach. Zazna­czam jed­nak, że niek­tóre z nich, szcze­gól­nie te pacz­ko­wane o dłu­gich okre­sach trwa­ło­ści nie nadają się, ponie­waż pro­ces kon­ser­wa­cji usz­ka­dza jelita i tracą one funk­cję błony półp­rze­pusz­czal­nej. Przed wyko­rzy­sta­niem warto namo­czyć jelita w prze­go­to­wa­nej wodzie o tem­pe­ra­tu­rze około 30°C, tak by nabrały odpo­wied­niej ela­stycz­no­ści.

Następ­nie trzeba zbu­do­wać odpo­wiedni układ doświad­czalny – został on przed­sta­wiony na Rys.2. Składa się on z lej­ko­wa­tego naczy­nia wypełn­io­nego roz­two­rem a. Jest ono z jed­nej strony zamk­nięte błoną półp­rze­pusz­czalną i zanu­rzone w roz­two­rze b o stęże­niu innym niż wew­nątrz lejka, zaś z dru­giej strony zakończone cienką rurką c otwartą ku górze.

Ilustracja
Rys.2 – Układ do bada­nia zja­wi­ska osmozy na bło­nach półp­rze­pusz­czal­nych; a, b – roz­twory o różnym stęże­niu, c – rurka szklana, d – naczy­nie, e – błona półp­rze­pusz­czalna

Układ taki można zbu­do­wać ze sto­sun­kowo łatwo dostęp­nych ele­men­tów, np. takich jak na Fot.2. W roli lejka zna­ko­mi­cie spraw­dzi się szklany reduk­tor szlifu wyko­rzy­sty­wany w sprzęcie labo­ra­to­ryj­nym. Jego węższe ujście należy połączyć za pomocą odcinka gumo­wej rurki z wyle­wem pipety mia­ro­wej o nie­wiel­kiej pojem­no­ści, np. 2cm3. Zaletą takiego roz­wiąza­nia jest uła­twiona możl­i­wość odczy­ty­wa­nia poziomu cie­czy na tle skali pipety.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.2 – Ele­menty układu doświad­czal­nego; a – szklana pipeta o pojem­no­ści 2cm3, b – reduk­tor szlifu, c – odci­nek gumo­wej rurki

Szer­sze zakończe­nie reduk­tora zgod­nie ze sche­ma­tem powinno zostać zamk­nięte błoną półp­rze­pusz­czalną. Można ją przy­go­to­wać poprzez roz­cięcie frag­mentu świńs­kiego jelita wzdłuż i roz­pro­sto­wa­nie tak uzy­ska­nej mem­brany (Fot.3).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.3 – Frag­ment świńs­kiego jelita przy­go­to­wany do wyko­rzy­sta­nia w roli błony półp­rze­pusz­czal­nej

Błonę trzeba umo­co­wać w spo­sób zapew­nia­jący jak naj­lep­szą szczel­ność na styku ze szkłem. Wygod­nie jest w tym celu użyć kilka gumek recep­tu­rek (Fot.4).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.4 – Spo­sób zamo­co­wa­nia błony do reduk­tora za pomocą gumek recep­tu­rek

Z błoną uzy­skaną z jelita należy obcho­dzić się dosyć ostrożnie, ponie­waż cho­ciaż jest ona dosyć wytrzy­mała na roz­ciąga­nie, to z łatwo­ścią można ją prze­kłuć, co oczy­wi­ście unie­możl­iwi prze­pro­wa­dze­nie doświad­cze­nia. Trzeba także uwa­żać, aby jej nie prze­su­szyć. Błona powinna być ciągle wil­gotna.

W naszym przy­padku jako roz­twór hipo­to­niczny radzę zasto­so­wać wodę desty­lo­waną, zaś jako hiper­to­niczny stężony w tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wej roz­twór glu­kozy – dla uła­twie­nia obser­wa­cji roz­twór ten można zabar­wić barw­ni­kiem spo­żyw­czym (Fot.5).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.5 – Roz­twór glu­kozy zabar­wiony zie­lo­nym barw­ni­kiem spo­żyw­czym

Gotowy, zesta­wiony w cało­ści układ przed­sta­wia Fot.6. Do zawie­sze­nia cało­ści w naczy­niu z wodą desty­lo­waną posłu­żyła łapa do pro­bówek osa­dzona w sta­ty­wie labo­ra­to­ryj­nym.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.6 – Gotowy układ doświad­czalny

Bez­po­śred­nio po zesta­wie­niu układu należy odczy­tać począt­kową wyso­kość słupa cie­czy (Fot.7A). Pozo­sta­wia­jąc układ w spo­koju po pew­nym cza­sie można zau­wa­żyć, że wyso­kość słupa cie­czy rośnie (Fot.7B). Gdy­by­śmy nie wie­dzieli o zja­wi­sku osmozy mogłoby wydać się nam to dosyć zaska­ku­jące, ponie­waż dzieje się to naj­wy­raźn­iej prze­ciwko sile gra­wi­ta­cji. Po chwili zasta­no­wie­nia możemy jed­nak stwier­dzić, że zga­dza się to całk­o­wi­cie z naszymi teo­re­tycz­nymi roz­wa­ża­niami na temat osmozy, ponie­waż to wła­śnie dzięki niej zacho­dzi tran­s­port roz­pusz­czal­nika od zew­nętrz­nego roz­tworu hipo­to­nicz­nego do wew­nętrz­nego hiper­to­nicz­nego, co obser­wu­jemy jako wzrost wyso­ko­ści słupa cie­czy.

Potwier­dza to także dru­gie doświad­cze­nie, gdzie roz­twór hiper­to­niczny znaj­duje się na zew­nątrz, zaś hipo­to­niczny wew­nątrz lejka. W tym przy­padku zabar­wiono oczy­wi­ście roz­twór hipo­to­niczny, a począt­kowa wyso­kość słupa cie­czy była taka sama jak w poprzed­nim doświad­cze­niu. Tym razem po pew­nym cza­sie poziom słupa wody ulega wyraźn­emu obni­że­niu (Fot.7C).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.7 – Wyso­ko­ści słupa cie­czy; A – moment począt­kowy, B – 5 godzin od momentu począt­ko­wego (roz­twór hiper­to­niczny wew­nątrz lejka), 5 godzin od momentu począt­ko­wego (roz­twór hipo­to­niczny wew­nątrz lejka)

Przy wyko­rzy­sta­niu opi­sa­nego układu doświad­czal­nego można badać także wła­ści­wo­ści innych błon półp­rze­pusz­czal­nych.

O ist­nie­niu osmozy możemy się też prze­ko­nać przy wyko­rzy­sta­niu ziem­niaka. W tym celu należy wykroić z suro­wej bulwy ziem­niaka dwa nie­wiel­kie frag­menty np. w ksz­tałcie pro­sto­pa­dło­ścianu (Fot.8).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.8 – Frag­ment bulwy pędo­wej ziem­niaka wyko­rzy­stany w doświad­cze­niu

Obie ziem­nia­czane kostki należy zwa­żyć i zano­to­wać wyniki, a następ­nie jedną z nich zanu­rzyć w roz­two­rze hipo­to­nicz­nym (woda desty­lo­wana), a drugą w roz­two­rze hiper­to­nicz­nym (stężony roz­twór glu­kozy) w sto­sunku do wnętrza komórek, z których jest zbu­do­wana bulwa. Po pew­nym cza­sie (zwy­kle wystar­czą już trzy godziny) należy wyjąć kostki z roz­two­rów, deli­kat­nie je osu­szyć papie­ro­wym ręcz­ni­kiem lub bibułą fil­tra­cyjną, a następ­nie ponow­nie zwa­żyć. Wyniki uzy­skane w efek­cie prze­pro­wa­dzo­nego przeze mnie doświad­cze­nia ilu­struje Tab.1.

R-r hipo­to­niczny R-r hiper­to­niczny
Masa kostki - począt­kowa [g] 3,23 3,00
Masa kostki - końc­owa [g] 3,76 2,48
Zmiana masy [g] +0,53 -0,52
Zmiana masy [%] +16,4% -17,3%
Tab.1 – Wyniki doświad­cze­nia (opis w tek­ście)

W obu przy­pad­kach masa kostki wyciętej z bulwy ziem­niaka ule­gła zmia­nie. W przy­padku kostki zanu­rzo­nej w roz­two­rze hipo­to­nicz­nym masa wzro­sła o 0,53g, zaś w odnie­sie­niu do kostki zanu­rzo­nej w roz­two­rze hiper­to­nicz­nym masa zma­lała o 0,52g (odpo­wied­nio +16,4% i -17,3%). Tak więc zmiana co do war­to­ści bezw­zględ­nej była bar­dzo podobna w obu przy­pad­kach.

Możemy stwier­dzić, że zmiana masy próbek została spo­wo­do­wana przez osmozę. W wyniku tego zja­wi­ska, w zależn­o­ści od stęże­nia śro­do­wi­ska zew­nętrz­nego woda wni­kała lub wypły­wała z komórek ziem­niaka – rolę błony półp­rze­pusz­czal­nej pełn­iła tu m.in. ich błona komór­kowa. Zmiana zawar­to­ści wody była na tyle duża, że ujaw­nił ją pomiar masy kostek. Potwier­dza to także wygląd kostek po wyło­wie­niu ich z roz­tworu – jedna z nich dosyć wyraźnie zmniej­szyła swoje wymiary, a także stała się miękka (Fot.9a), nato­miast druga zacho­wała jędr­ność (Fot.9b).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.9 – Wygląd ziem­nia­cza­nych kostek po prze­pro­wa­dze­niu doświad­cze­nia; a – kostka po kąpieli w roz­two­rze hiper­to­nicz­nym, b – kostka po kąpieli w roz­two­rze hipo­to­nicz­nym

Ważnym prze­ja­wem osmozy jest ist­nie­nie zja­wi­ska pla­zmo­lizy. Można je stwier­dzić w przy­padku wielu komórek roślin­nych. Wygod­nie jest zasto­so­wać liście spi­ch­rzowe cebuli zwy­czaj­nej Allium cepa. Wew­nętrzna skórka tych liści jest zbu­do­wana z cien­kiej war­stwy komórek, które można łatwo obser­wo­wać w mikro­sko­pie świetl­nym przy wyko­rzy­sta­niu nie­zbyt dużych powięk­szeń. Pole­cam zasto­so­wa­nie czer­wo­nej odmiany cebuli, ponie­waż zawar­tość barw­nika w komór­kach zwięk­szy kon­trast obrazu bez sto­so­wa­nia sztucz­nych środ­ków bar­wiących - uła­twi to obser­wa­cje.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.10 – Wew­nętrzna powierzch­nia liścia spi­ch­rzo­wego czer­wo­nej odmiany cebuli zwy­czaj­nej; strzałka wska­zuje miej­sce pobra­nia mate­riału do doświad­czeń

Skórkę łatwo oddzie­lić od liścia za pomocą pęsety – naj­le­piej pobrać ją z gór­nej czę­ści wew­nętrz­nej strony liścia, tam gdzie tkanka jest sil­niej wybar­wiona, a jed­no­cze­śnie w dal­szym ciągu przej­rzy­sta (Fot.10). Następ­nie należy umie­ścić ją w kro­pli wody desty­lo­wa­nej i wykroić z niej nie­wielki frag­ment. Frag­ment ten trzeba umiej­sco­wić na szkiełku pod­sta­wo­wym w kolej­nej kro­pli wody desty­lo­wa­nej i po przy­kry­ciu szkiełk­iem nakryw­ko­wym obser­wo­wać, dobie­ra­jąc odpo­wied­nio war­tość powięk­sze­nia. Można wtedy zaob­ser­wo­wać nor­malny obraz, tj. wie­lo­kątne, wydłu­żone komórki skórki (wyraźnie widoczne są ściany komór­kowe), wypełn­ione w więk­szo­ści przez duże waku­ole. Cyto­pla­zma jest słabo widoczna i sta­nowi jedy­nie cienką war­stwę wokół wakuol, jądra komór­kowe są także trudne do dostrze­że­nia (Fot.11A). Widoczne jest zabar­wie­nie w obrębie pro­to­pla­stu.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.11 – Pla­zmo­liza komórek skórki liścia spi­ch­rzo­wego cebuli zwy­czaj­nej; A – tkanka zawie­szona w wodzie desty­lo­wa­nej (obraz nor­malny), B – tkanka zawie­szona w stężo­nym roz­two­rze glu­kozy (widoczna pla­zmo­liza)

Następ­nie trzeba przy­go­to­wać kolejny pre­pa­rat, z tą jed­nak różn­icą, że pobrana skórka powinna być przez kilka, kil­ka­na­ście minut przed obser­wa­cją prze­cho­wy­wana w stężo­nym roz­two­rze glu­kozy. Do obser­wa­cji frag­ment skórki także powi­nien zostać zamk­nięty pod szkiełk­iem nakryw­ko­wym w kro­pli tego samego roz­tworu. Obraz jaki można wtedy zaob­ser­wo­wać przed­sta­wia Fot.11B. Na sku­tek osmozy część wody prze­mie­ściła się z wnętrza komórek do ota­cza­jącego je roz­tworu. W wyniku odwod­nie­nia pro­to­pla­sty zmniej­szają swoją objętość i zaczy­nają odsta­wać od ścian komór­ko­wych. Wła­śnie ten pro­ces nazy­wamy pla­zmo­lizą [3]. Jeśli tylko w cza­sie pla­zmo­lizy nie zosta­nie usz­ko­dzona błona komór­kowa, to poprzez umiesz­cze­nie komórek w roz­two­rze hipo­to­nicz­nym można wywo­łać zja­wi­sko odw­rotne, czyli depla­zmo­lizę.

Błony półp­rze­pusz­czalne raz jesz­cze – tym razem nie­or­ga­niczne

Do tej pory zaj­mo­wa­li­śmy się jedy­nie orga­nicz­nymi bło­nami półp­rze­pusz­czal­nymi. Ale można je wytwo­rzyć także w całk­o­wi­cie sztuczny spo­sób. Przy­kła­dem może być tu np. celo­fan – przej­rzy­sta folia celu­lo­zowa [4].

W opar­ciu o zja­wi­sko osmozy można wyko­nać też bar­dzo cie­kawe doświad­cze­nia nazy­wane często che­micz­nym ogro­dem lub che­micz­nymi rośli­nami. W wyniku reak­cji roz­pusz­czal­nych krze­mia­nów z solami metali ciężk­ich (Fot.12A) lub roz­pusz­czal­nych hek­sa­cy­ja­no­że­la­zia­nów(II) z solami dwu­war­to­ścio­wej mie­dzi (Fot.12B) docho­dzi do pow­sta­nia błon półp­rze­pusz­czal­nych zbu­do­wa­nych z nie­roz­pusz­czal­nych pro­duk­tów. Woda wni­ka­jąc do tak pow­sta­łych pęche­rzy­ków na dro­dze osmozy pro­wa­dzi do ich roz­dęcia oraz pęka­nia, co daje efekt w postaci rosnących z zau­wa­żalną pręd­ko­ścią, często roz­ga­łęzia­jących się two­rów przy­po­mi­na­jących fan­ta­styczne rośliny i inne twory bio­lo­giczne [5][6]. Uzy­skany obraz warto doce­nić nie tylko ze względów este­tycz­nych, ale także powodu wyso­kiej war­to­ści dydak­tycz­nej tego doświad­cze­nia.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.12 – Ogrody che­miczne; A – krze­mia­nowy, B – hek­sa­cy­ja­no­że­la­zia­nowy

Pod­su­mo­wa­nie

Opi­sane doświad­cze­nia są nie­skom­pli­ko­wane i z łatwo­ścią można je pow­tórzyć w warun­kach szkol­nych lub domo­wych. Ważne jest, że poma­gają przy tym w zazna­jo­mie­niu się z bar­dzo cie­ka­wym, a jed­no­cze­śnie ważnym zja­wi­skiem osmozy, które łączy dzie­dziny bio­lo­gii, che­mii i fizyki.

Dodat­kowo osmoza i same mem­brany półp­rze­pusz­czalne znaj­dują wiele zasto­so­wań w dzi­siej­szym świe­cie. Dia­liza krwi osób z cho­ro­bami nerek, odsa­la­nie wody mor­skiej, oczysz­cza­nie wody dzięki odw­rot­nej osmo­zie to tylko niek­tóre z nich. Myślę więc, że ten temat jak naj­bar­dziej zasłu­guje na uwzględ­nie­nie w dydak­tyce dzie­dzin przy­rod­ni­czych.

Lite­ra­tura:

Wszyst­kie foto­gra­fie zostały wyko­nane przez Autora.

W powyższym tek­ście doko­nano nie­wiel­kich zmian edy­tor­skich w sto­sunku do wer­sji opu­bli­ko­wa­nej w  cza­so­pi­śmie, w celu uzu­pełn­ie­nia i lep­szego przy­sto­so­wa­nia do pre­zen­ta­cji na stro­nie inter­ne­to­wej.

Marek Ples

Aa