General Overview

Komentarz: „Woda po prostu prześlizguje się przez membranę wraz z innymi małymi, polarnymi cząsteczkami, takimi jak etanol i mocznik. Większe lub naładowane substancje rozpuszczalne w wodzie będzie wymagać nośnika białka. Reszty acylowe tłuszczów nie odpychają wody, ale też jej nie przyciągają. Prawdą jest, że będąc polarną, woda jest bardziej przyciągana do innych cząsteczek wody po tej samej stronie błony niż do łańcuchów węglowodorowych, które są w dwuwarstwie. Kiedy cząsteczki wody „brzęczą” wokół, niektóre z nich po prostu się prześlizgują. Pory białkowe i nośniki nie są zaangażowane i w rzeczywistości, woda będzie dyfundować przez sztuczną warstwę lipidową, która nawet nie ma białek. To nie będzie dyfundować tak szybko, jak gdyby nie było warstwy lipidowej, ale będzie dyfundować dość łatwo. Teraz wspominasz o substancjach rozpuszczalnych w wodzie, które odnoszą się do polarnych i naładowanych cząsteczek. Niektóre substancje rozpuszczalne w wodzie wymagają kanałów białkowych lub nawet nośników (zwanych pompami, jeśli wymagają energii metabolicznej). Większe cząsteczki polarne mają trudniejszy czas na przedostanie się, a naładowane cząsteczki mają jeszcze trudniejszy czas na przedostanie się, nawet jeśli są małe (np. jony). Powodem, dla którego jony mają problemy z przedostaniem się, jest fakt, że stają się one uwodnione (otoczone przez cząsteczki wody, których przeciwnie naładowane końce łączą się z naładowanym jonem). Tak więc nie można patrzeć na jon sam w sobie (który może wydawać się mały), ale na całą sferę hydratacji, która prawdopodobnie jest duża. Jony generalnie wymagają białek membranowych, aby się przedostać, podobnie jak większe cząsteczki polarne.”
-Bob Goodman, Hunter College High School, Nowy Jork. 11/3/99

Modyfikacje sprzętu i zaopatrzenia

Porada: „Do przewodów dializacyjnych użyłem najtańszych plastikowych torebek na kanapki. Działają całkiem dobrze.”
-Jo Ann Burman, Andress High School, El Paso, Texas. 9/9/99

Porady: „Dwie wskazówki, które chciałabym przekazać. Jestem (dość) nowym nauczycielem i te dwa ostatnie odkrycia sprawiły, że rzeczy stały się trochę łatwiejsze. Po pierwsze, kupuję krochmal w sprayu, taki jak do prasowania. Minęły już czasy podgrzewania krochmalu, aby go rozpuścić. Po prostu rozpylaj skrobię do kolby z wodą, aż uznasz, że jest jej wystarczająco dużo. Ja nigdy nie mierzę i działa świetnie! Po drugie, dla szybkiego wyniku testu Benedicta, włóż go do mikrofalówki na około dwie do pięciu sekund; znowu wyniki są świetne. O wiele lepsze niż paski testowe. Mam nadzieję, że udało mi się zaoszczędzić co najmniej 10 minut z twojego czasu przygotowań do laboratorium. Każda minuta się liczy!”
-Sara Sagmeister, Park Ridge, Illinois. 10/6/99

Porada: „Spróbuj użyć fioletowej cebuli do laboratorium – to działa – tylko upewnij się, że mają jakieś pigmentowane komórki. Różnice z dH20 i roztworem soli są duże. Jeśli nie chcesz mieszać roztworu soli i masz akwarium słonowodne, po prostu weź małą zlewkę wody ze zbiornika. To działa dobrze.”
-Bobbie Hinson, Providence Day School, Charlotte, Karolina Północna. 10/14/99

Porada: „Używam rośliny o nazwie Rhoeo discolor zamiast cebuli do wykonania ostatniej części laboratorium. Jej liście są fioletowe od spodu, a fioletowa warstwa epidermy łatwo odrywa się od reszty liścia. Jest bardzo łatwa w uprawie (wydaje się kwitnąć przy umiejętnym zaniedbaniu!) w doniczce na parapecie. Powinien być dostępny w centrum ogrodniczym. Jest to bardzo powszechna roślina – używana jako roślina okrywowa w północnym Teksasie – chciałbym móc podać jej wspólną nazwę; przypomina mi ona wędrującego Żyda, ale ma większe, mniej owłosione liście.”
-Marcia Sloan, Cleburne High School, Cleburne, Texas. 10/15/99

Pytanie: „Poszłam wczoraj do apteki, żeby kupić paski testowe do glukozy, a tam było wiele możliwości. Nie znalazłam żadnej z marek wymienionych w Przewodniku Nauczyciela. Czy marka ma znaczenie? Czy kupujesz paski testowe do badania poziomu glukozy w moczu, czy paski testowe do badania poziomu glukozy we krwi? Są one bardzo drogie, a ja nie chciałam kupić niewłaściwego rodzaju.”

Podpowiedź 1: „Poproś farmaceutę, aby zapisał dla Ciebie przeterminowane paski testowe do badania moczu. Często dadzą ci zniżkę, jeśli powiesz im, że jesteś nauczycielem i że paski testowe straciły ważność.”
-Franklin M. Bell, St. Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 11/3/99

Odpowiedź 2: „Zawsze kupuję paski testowe do glukozy od Frey Scientific. Działają dobrze przy testowaniu dializy i nie wykazują fałszywie pozytywnych wyników w obecności jodu. Używam ich również do symulowanej analizy moczu i uzyskuję znacznie lepsze wyniki niż w przypadku farmaceutycznych bagnetów.”
-Joni Driscoll, NW Cabarrus High, Concord, Karolina Północna. 10/10/99

Porada: „Zrób notatkę na przyszły rok: użyj roztworu Benedicta zamiast pasków testowych, aby sprawdzić obecność cukrów poza torebką. Po prostu dodaj trochę płynu w zlewce do probówki, w której znajduje się taka sama ilość roztworu Benedicta. Wymieszaj i podgrzewaj delikatnie w łaźni wodnej przez 5 do 10 minut. Powinieneś otrzymać pozytywny wynik testu – niebieski Benedict’s zmieni kolor na rdzawy (pomarańczowy/czerwony), jeśli obecna jest glukoza. Robiłam to laboratorium w zeszłym tygodniu i uzyskałam świetne wyniki używając Benedict’s.”
-Carmen Austin, Wharton High School, Tampa, Florida. 10/5/99

Pre-Lab Preparations

Procedure Modifications

Pytanie: „Czy istnieje jakaś alternatywa dla metody wiertła rdzeniowego do uzyskiwania próbek ziemniaka?”

Odpowiedź 1: „Zamiast używać wiertła korkowego do robienia cylindrów z ziemniaka, spróbuj użyć noża do frytek, aby zrobić wiele jednolitych kawałków surowego ziemniaka za jednym razem. Pomyślał o tym jeden z moich uczniów!”
-Marcia Fischer, Desert Mountain High School, Scottsdale, Arizona. 10/24/00

Odpowiedź 2: „… Jeśli nie masz maszynki do robienia frytek, możesz po prostu pokroić je sama. Zrezygnowałem z korkownicy wiele lat temu i po prostu wziąłem dobry nóż kuchenny i pokroiłem ziemniaki na mniej więcej jednolite „patyczki” o przybliżonej wielkości. To działa i uważam to za jedno z bardziej wiarygodnych laboratoriów. Wzmacnia to również mój wniosek (który zawsze powtarzam dzieciom), że nauka gotowania jest świetnym treningiem dla laboratorium – wiele z umiejętności przenosi się na inne!”
-Leslie Haines, Walter Williams High School, Burlington, Karolina Północna. 10/28/00

Odpowiedź 3: „Odkryłam, że bardzo trudno jest zrobić to laboratorium tak, jak jest napisane. Używam cienkich plasterków ziemniaka zamiast rdzenia i staram się uzyskać około 20 g ziemniaka. Kiedy już zacząłem robić to w ten sposób, działa to jak czar. Myślę, że dzieje się tak z dwóch powodów: (1) masz o wiele większą masę ziemniaka, więc masz o wiele mniejszy procent błędów w masowaniu; (2) nie masz tak wielu małych kawałków ziemniaka odpadających i zmniejszających masę.”
-Ed McDaniels, Grandville High School, Grandville, Michigan. 10/19/00

Porada: „Użyłem francuskiej mandoliny do pokrojenia pałeczek ziemniaczanych do laboratorium 1C i uzyskałem świetne wyniki (R kwadrat = 0,996). Dla jednego z moich zespołów użyłem techniki „cięcia gofrów” i wyprodukowałem „chipsy gofrowe”, które następnie „przebiłem” małym naczyniem, aby uzyskać równej wielkości „krążki gofrowe”. Rezultat był taki, że krążki w roztworach hipotonicznych rozszerzały się, a krążki w roztworach hipertonicznych kurczyły się w przesadny sposób, co potwierdziły tylko dane. Wydaje się, że odpowiedzialna za to była zwiększona powierzchnia.”
-Harry Padden, Washington Twp High School, Sewell, New Jersey. 11/17/00

Rozwiązywanie problemów i sprzątanie

Porada: „Podczas dzisiejszego laboratorium osmozy/dyfuzji moi uczniowie dokonali interesującego odkrycia. Roztwór jodu zareagował z paskami testowymi glukozy (zestaw zastępczy Carolina Biological osmosis lab) i zmienił kolor wskazując pozytywną reakcję glukozy. Studenci chcieli wiedzieć, w jaki sposób mogą ustalić, czy glukoza wydostała się z worka dializacyjnego, skoro jod w roztworze w zlewce dał już pozytywny wynik testu. Podobnie, pod koniec eksperymentu, kiedy jodyna przeniknęła do worka do dializy, uczniowie chcieli wiedzieć, w jaki sposób mogą wykryć, że glukoza została usunięta (na co wskazuje słabsza reakcja kolorystyczna pasków testowych z glukozą). Skończyło się na tym, że użyliśmy worka dializacyjnego bez jodyny, więc mogliśmy wykryć glukozę samą w sobie, ale jeśli postępujesz zgodnie z zaleceniami laboratorium, być może będziesz musiał rozważyć ten problem.”
-Jeff Smith, Indiana Academy, Muncie, Indiana. 10/5/99

Conducting Lab Using Probes and Computers/Calculators

Pytanie: „Czy ktoś ma 'prostszą’ lub zmodyfikowaną procedurę laboratoryjną osmozy? Taką, którą można wykonać w ciągu jednego dnia?”

Odpowiedź 1: „Użyj dużego wiertła korkowego i dużego (długiego) ziemniaka. Ruchem skrętnym wbij korkociąg w ziemniaka wzdłuż całej jego długości. Ponieważ musisz to zrobić z kilkoma ziemniakami, chodzi o to, aby przy każdym ziemniaku użyć wiertła tej samej wielkości. Nie wolno przebijać ziemniaka na wylot (ani nawet zbliżać się do tego). Jeśli wyciągniemy wiertło, cylindryczny kawałek ziemniaka pozostanie na nim. Jeśli jednak przyłożyć skalpel do tylnej części wiertła i przekręcić razem wiertło i skalpel, to walec ziemniaka skręci się i w końcu pęknie. Wyciągnąć wiertło i tak jak przy otwieraniu butelki szampana cylinder z ziemniaka wypłynie na zewnątrz. Masz teraz dziurę w ziemniaku, a jeśli powtórzysz tę czynność z kilkoma ziemniakami, będziesz miał w nich dziury o JEDNORODNEJ wielkości. Wypłucz każdy z nich wodą z kranu, aby pozbyć się z otworów nadmiaru ziaren skrobi, które zostały uwolnione podczas tej szorstkiej procedury. Ziemniaki są teraz gotowe. Napełnij każdy z nich sacharozą o różnym stężeniu: 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, oraz 1.0. Używając korka #2 z odwróconą pipetą, delikatnie wkręć korek do ziemniaka. Nie wciskaj go zbyt mocno, bo ziemniak się rozerwie (a więc będzie bezużyteczny). Powinieneś uzyskać szczelne połączenie. Zwykle umieszczam je w zlewce o pojemności 600 mL i zaklejam korek taśmą. Podłączcie do pipety czujnik gazowo-ciśnieniowy Vernier (CBL lub komputerowy) i zmierzcie zmianę ciśnienia w ciągu 20-30 minut. Nachylenie (zmiana ciśnienia na zmianę w czasie) jest miarą szybkości osmozy. Wykresując zależność stężenia od nachylenia można określić stężenie, przy którym nachylenie wynosi 0 (tzn. gdzie potencjał wodny komórek ziemniaka równa się potencjałowi wodnemu roztworu sacharozy). Nie próbowałem tego bez sond, ale można to również połączyć z bardzo wąskimi pipetami z podziałką. Procedura ma kilka błędów, które wciąż staram się rozwiązać. Nie mogę powiedzieć, że działa czysto przez cały czas, ale nie trwa to 24 godziny. Mam kilka pomysłów na jej usprawnienie.”
-Bob Goodman, Hunter College High School, Nowy Jork. 10/23/00

Alternatywne pomysły na laboratorium

Laboratorium osmozy z jajek

Pytanie: „Słyszałem o nauczycielach używających jajek do demonstrowania zasad osmotycznych. Czy ktoś ma jakieś ćwiczenia laboratoryjne lub dema dotyczące tego?”

Odpowiedź 1: „Mam wspaniałe odniesienie do tego laboratorium z Journal of College Science Teaching, Nov. 1985. Wydaje mi się, że jest to publikacja NSTA? Nazywa się 'Osmosis and the Marvelous Membrane’ i dotyczy używania odwapnionych jajek do demonstracji osmozy. Kazałem moim dzieciom odwapnić jajka w occie przez 48 godzin, a potem dałem im cztery nieznane roztwory (destylowany, .5M sacharozy, 1M sacharozy i 2M sacharozy). Masują swoje jajka, wkładają do roztworów i masują je ponownie co 10 lub 15 minut przez 1,5 godziny. Laboratorium działa świetnie! Sprawdzi się również w 45-minutowym okresie, jeśli dzieci wrócą na lunch lub później, aby zmasakrować je po zajęciach. Następnie wykreślają procentową zmianę masy w zależności od czasu. Muszą również obliczyć molarność jajka; zwykle wychodzi około .8M.

Artykuł, do którego odniosłem się powyżej zaleca używanie roztworów glukozy, ale stwierdziłem, że sacharoza działa równie dobrze i jest o wiele tańsza. Artykuł mówi również, że roztwory NaCl dają dziwne wyniki, prawdopodobnie z powodu jonów soli modyfikujących jakoś membranę.

Bądź pewien, że masz dodatkowe jajka pod ręką, ponieważ zawsze jest ten jeden student, który kończy z jajkiem na ręce. Umieściłem trzy tuziny jajek w galonie octu na noc, i zastąpiłem ocet następnego dnia. Jajka były gotowe do użycia w trzecim dniu.”
-Franklin Bell, St Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 10/20/99

Odpowiedź 2: „Inną wycieczką z jajkami – po tym jak skończysz z solą lub cukrem – jest umieszczenie ich na noc w różnych rodzajach barwników:

• niebieski metylenowy
• barwnik Rit
• barwnik spożywczy

Każdy z nich ma inny współczynnik dyfuzji (dyfunduje na różną głębokość wewnątrz jajka)- ugotuj i przekrój na pół, aby zobaczyć różnice. Nie zalecane do jedzenia, jednak!”
– Pam Tidswell, Rancocas Valley Regional High School, Mt. Holly, New Jersey. 10/19/99

Odpowiedź 3: „Przez 30 lat używałam laboratorium jajecznego jako super demonstracji lub jako indywidualnej aktywności. Pokazuje ono działanie naszych własnych komórek na przykładzie znanej komórki zwierzęcej, którą uczniowie mogą zobaczyć. Wskazówki są bardzo uproszczone. Ty dodajesz chemię, ciśnienie, itp. Namocz/zanurz surowe jajko kurze w białym occie (najtańsza odmiana sklepowa działa najlepiej) na 24 do 48 godzin, aby usunąć skorupę z węglanu wapnia. Skorupa będzie dowodem korozji natychmiast z wieloma małymi pęcherzykami tworzącymi się wokół powierzchni – to daje czas na dobrą dyskusję o podstawowej chemii i działaniach kwasów i związków metali. Membrana może być pokryta rozpuszczalnymi solami wapnia na końcu tego czasu – umyj delikatnie aby usunąć, co pozwoli Ci zobaczyć półprzezroczystą membranę. W tym momencie możesz zdać sobie sprawę z potrzeby przygotowania kilku zapasowych jajek! Wytrzyj do sucha i nałóż masę. Być może będziesz chciał dokonać jeszcze innych pomiarów, takich jak obwód, objętość przez wyparcie wody, itp. Umieść jajko w znanej objętości wody destylowanej (150 mL) w czystej zlewce o pojemności 250 mL. Ponownie zbierz dane, które uznasz za stosowne lub poproś uczniów o zaprojektowanie własnego laboratorium (możliwość zastosowania konstruktywizmu i zasady 3P). Odczekaj 24 godziny – całą noc. Ostrożnie wyjmij jajko; osusz je, a przyrost masy to woda. Porównaj z objętością utraconą w zlewce. Osmoza przez selektywnie przepuszczalną membranę. Możesz poprosić uczniów o wybicie jajka do szalki Petriego; oceń konsystencję białka. Alternatywnym lub uzupełniającym ćwiczeniem jest pobranie drugiego jajka. Usunąć skorupkę i masę. Umieścić w 100 procentowym białym syropie Karo (płynna fruktoza). Pozostawić na noc. Wyjmij jajko, szybko umyj, osusz i nałóż masę. Porównaj nową objętość w zlewce i utraconą masę. Jeśli uczniowie są ostrożni, powinieneś zauważyć pewne warstwy wynikające z różnic gęstości. Wyniki są dość dramatyczne i mogą być odwrócone przez umieszczenie jajka w wodzie destylowanej. Razem z uczniami możecie uczynić to laboratorium tak skomplikowanym lub prostym, jak tylko zechcecie. Jest to również dobre miejsce na zapoznanie się z budową jaja owodniowego.”
-Donna M. Gilbertson, Beloit Memorial High School, Beloit Wisconsin. 10/18/99