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UNTERHALTIGE ERFAHRUNGEN ZU HAUSE
Warum geben Beeren Saft ab? Chemische Experimente
Unterhaltsame Erlebnisse zu Hause / Chemieexperimente für Kinder Wenn eine Pflanze vertrocknet, wenn ihre Blätter gelb werden, bedeutet das, dass die Pflanzenzellen nicht genug Wasser haben. Aber jede Zelle ist von einer Hüllenmembran umgeben. Wie gelangt die von den Wurzeln aufgenommene Feuchtigkeit durch die Membran in die Zelle? Und was bewegt Wasser gegen die Schwerkraft, von unten nach oben, von den Wurzeln zu den Blättern? Bevor wir Antworten auf diese Fragen erhalten, führen wir zunächst Vorversuche mit einer Membran durch, die ein wenig an eine Zellmembran erinnert. Wenn zwei Lösungen durch eine dichte Trennwand getrennt sind, vermischen sie sich natürlich nicht. Wenn überhaupt keine Trennwand vorhanden ist, vermischen sich die Lösungen im Gegenteil von selbst, auch wenn sie nicht gemischt sind. Was ist, wenn die Trennwand halbdurchlässig ist? Dies wird Gegenstand des Experiments sein und eine Pergament- oder Zellophanfolie (jedoch kein Polyethylen) dient als semipermeable Membran. Damit es die für uns interessanten Eigenschaften erhält, muss es im Wasser gehalten werden, bis es weich wird. Bereiten Sie Zuckersirup vor – eine gesättigte Zuckerlösung, die so dick ist, dass sich der Zucker nicht mehr auflöst. Es ist schneller und bequemer, eine solche Lösung in heißem Wasser herzustellen. Gießen Sie den Sirup bis zum Rand in ein Glas, bedecken Sie es mit einem getränkten Blatt und binden Sie es fest. Stellen Sie sicher, dass sich unter der Folie keine Luftblasen befinden. Stellen Sie das Glas in ein Glas oder einen Topf mit Wasser (das Wasser sollte das Glas bedecken) und lassen Sie es einige Stunden stehen. Beim erneuten Blick auf das Sirupglas fällt sofort auf, dass die Folie, mit der es verschlossen ist, aufgequollen ist: Über dem Glas hat sich eine Blase gebildet.
Um zu verstehen, was passiert ist, müssen wir zunächst verstehen, was eine semipermeable Membran ist. Dabei handelt es sich um einen Film, der einige Moleküle einfängt und gleichzeitig andere durchlässt. Sowohl Zellophan- als auch Pergamentfolien sind porös, allerdings sind die Poren in ihnen so klein, dass sie für Zuckermoleküle undurchlässig sind. Auf beiden Seiten unserer Trennwand befindet sich Wasser, aber auf der Seite, auf der sich die Zuckerlösung befindet, gibt es weniger Wassermoleküle pro Oberfläche. Daher dringen mehr Moleküle von der Wasserseite durch die Membran, was dazu führt, dass das Flüssigkeitsvolumen im Glas zunimmt und in der Folge der semipermeable Film aufquillt. In der Natur neigt alles dazu, sich auszugleichen, in diesem Fall – um die Konzentration der Lösungen anzugleichen. Und schon bald stellt sich das Gleichgewicht ein: So viele Wassermoleküle gelangen mit Sirup in das Glas, ebenso viele verlassen es und gelangen in das Außengefäß. Daher ist die Blase nicht zu groß. Das physikalisch-chemische Phänomen, das wir gerade beobachtet haben, wird Osmose genannt, und der Druck, der dazu führt, dass sich der Film verbiegt, wird osmotischer Druck genannt. Um die Osmose zu beobachten, sind eine Trennwand und zwei Flüssigkeiten erforderlich: eine Lösung einer Substanz und ein reines Lösungsmittel (wir haben Wasser) oder zumindest eine schwächere Lösung. Die Membran lebender Zellen ist immer eine semipermeable Membran. Es fängt die Moleküle vieler im Wasser gelöster Substanzen ein, lässt jedoch Wasser durch. Daher ist jede tierische und pflanzliche Zelle ein mikroskopisches osmotisches System, und der osmotische Druck spielt eine sehr wichtige Rolle im Leben von Organismen. Osmose kann in einfachsten Experimenten beobachtet werden. Schneiden Sie mit einem scharfen Messer eine dünne Zitronenscheibe ab und legen Sie sie auf eine Untertasse. Hinweis: An der Oberfläche befindet sich fast kein Saft. Bestreuen Sie die Scheibe mit Kristallzucker oder noch besser Puderzucker – und schon bald gibt die Zitrone ihren Saft ab. Ein ähnliches Erlebnis kann man mit Erdbeeren und anderen Beeren machen, indem man sie in trockene Gläser füllt. Mit Zucker bestreute Beeren geben schnell Saft ab. In all diesen Fällen funktioniert Osmose. Auf der Oberfläche einer Zitrone oder Beere bildet sich eine konzentrierte Zuckerlösung, und der viel weniger konzentrierte Saft neigt dazu, diese Lösung zu verdünnen, dringt durch die Zellmembranen ein und tritt aus – genau wie im vorherigen Experiment strömte Wasser aus einem Glas in ein Glas Sirup geben. Unser nächstes Objekt ist Kohl. Natürlich bestreuen wir es nicht mit Zucker, sondern mit Salz. Den Kohl mit einem Messer hacken, mit Salz bestreuen und gut einreiben – der Kohl gibt auch Saft. Das passiert, wenn Kohl fermentiert wird; und bei Kohlsalaten empfiehlt es sich auf jeden Fall, ihn richtig einzureiben, damit der Saft hervortritt und der Kohl weicher und zarter wird. Der Grund ist derselbe: Osmose. Kommen wir zu den Kartoffeln. Aus einer Kartoffel drei Würfel schneiden, am besten gleich groß. Bereiten Sie drei Gläser vor. Gießen Sie Salzwasser in die eine, konzentrierte Salzlösung in die andere und einfach Leitungswasser in die dritte. Geben Sie in jedes Glas einen Kartoffelwürfel. Untersuchen Sie die Würfel nach zwei bis drei Stunden sorgfältig. Bei dem, was in Salzwasser war, werden Sie keine Veränderungen feststellen. Aber die anderen beiden haben sich verändert, und zwar spürbar. Der Würfel, der in der konzentrierten Salzlösung lag, wurde viel kleiner, der, den man ins Wasser senkte, hingegen merklich größer. Zunächst geht es darum, warum sich der erste Würfel nicht verändert hat. Es lag in einer verdünnten Lösung vor und die Salzkonzentration war ungefähr die gleiche wie im Kartoffelsaft selbst. Der Würfel, der sich in einer konzentrierten Lösung befand, begann Wasser abzugeben, wodurch die Konzentration dieser Lösung abnahm; das Wasser lief aus den Kartoffeln und der Würfel schrumpfte. Und der letzte Würfel, der im Wasser war, begann Wasser aufzunehmen und vergrößerte sich. Lassen Sie uns von Kartoffeln zu Karotten übergehen und sie wie eine Pumpe arbeiten lassen. Schneiden Sie die Spitzen der Karotten ab und stecken Sie ein Glasröhrchen in die „Krone“. Geben Sie die Karotte in ein Glas Wasser. Sie können wahrscheinlich herausfinden, wie Sie Karotten aufrecht halten. Gießen Sie die Hälfte der Salzlösung in ein Glasröhrchen und machen Sie Beobachtungen. Bald beginnt der Wasserspiegel im Röhrchen zu steigen und bei korrektem Versuchsaufbau strömt das Wasser sogar aus dem Röhrchen. Karotten pumpen sozusagen Wasser aus einem Glas und lassen es nach oben steigen. Wenn Sie im Garten wachsende Karotten gießen, pumpen diese auf die gleiche Weise Wasser aus dem Boden in die Spitzen. In seinem Saft ist die Salzkonzentration höher als im Gießwasser und dank Osmose erhalten nicht nur die Wurzeln, sondern alle Pflanzengewebe lebensspendende Feuchtigkeit. Autor: Olgin O.M.
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