Что такое осмос и почему пальцы сморщиваются от воды?

Осмос – это явление, при котором какой-либо растворитель, например, вода, проникает через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор.

Осмос, который направлен на проникновение в какой-либо ограниченный объём жидкости, например, внутрь клетки, называется эндосмосом. Когда это проникновение имеет обратное направление, оно называется экзосмосом. Растворитель движется через мембрану под воздействием осмотического давления, которое стремится к равновесию с избыточным внешним давлением. Когда происходит превышение избыточного давления над осмотическим, формируется процесс обращения осмоса, то есть обратное проникновение растворителя, в результате чего образуется обратный осмос.

Из следующих проектов вы узнаете, что такое осмос воды и какие процессы в природе происходят на его основе. Вы будете удивлены тому, насколько он распространен в окружающей нас среде.

Проект «Осмос: почему пальцы сморщиваются от воды»

Во время проведения этого исследования мы изучим явление осмоса. Используя модель камеры, мы продемонстрируем, как кожа на пальцах сморщивается от воды.

Согласно закону осмоса, если на устойчивую систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, меняя при этом любое из условий равновесия, например, давление, температуру или концентрацию, система начинает компенсировать внешнее воздействие путем регуляции ее процессов.

Когда вы принимаете ванну или плаваете на протяжении продолжительного периода времени, кожа на пальцах начинает сморщиваться. Мы определим, почему это происходит.

Что нам понадобится:

• диализная трубка (можно приобрести в аптеке или онлайн-магазинах лабораторных инструментов);
• нитка или зубная нить;
• хлорид натрия (NaCl – поваренная соль);
• мерные стаканы — 2x 2000 мл, 5x 500 мл, 1x 250 мл;
• колба Эрленмейера (50 мл);
• мерный цилиндр;
• весы (с диапазоном от 0.1 г до 1000 г);
• маркеры 3 цветов.

Ход эксперимента:

1. Подготовьте солевой раствор в разном процентном соотношении:
   1. 1% NaCl = 20 г вещества + 2000 мл H₂O
   2. 10% NaCl = 10 г + 100 мл H₂O
   3. 50% NaCl = 500 г + 1000 мл H₂O
2. Опустите одну диализную трубку внутрь стакана 500 мл, заполненный H₂O, хотя бы на 10 минут.
3. Подготовьте камеры:
   1. Разрежьте диализную трубку на четыре секции по 8-10 см. Поместите трубки обратно в воду.
   2. Обвяжите один конец трубки зубной нитью, чтобы закрыть отверстие. Сделайте так со всеми четырьмя.
   3. Возьмите 1 секцию трубки и наполните её 5 мл 1% раствора NaCl. Возможно, понадобится использовать пипетку или воронку. Отметьте конец трубки маркером. Используйте 3 разных маркера, чтобы поставить отметки на трубках с раствором NaCl с разной концентрацией.
   4. Закройте второй конец трубки при помощи зубной нити.
   5. Повторите шаги 3-4: Заполните две трубки 10% раствором.
   6. Повторите шаги 3-4: заполните 1 трубку 50% раствором.
   7. Взвесьте каждую трубку. Запишите данные.
4. Промаркируйте стакан 500 мл с 50% раствором NaCl. Заполните его 400 мл 50% раствора.
5. Промаркируйте 500 мл стакан с 1% NaCl и заполните его 400 мл 1% раствора.
6. Поместите одну камеру с 10% раствором NaCl в 400 мл 50% раствора.
7. Поместите камеры 1%, 10% и 50% раствором NaCl в каждую из трёх ёмкостей, заполненных 400 мл 1% раствора.
8. Подождите 20 минут.
9. Вытащите трубки, одну за другой, и взвесьте. Запишите их вес.

Концентрация раствора в камерах (трубках)	Первоначальный вес	Концентрация раствора	Конечный вес	Разница в весе
1% NaCl		1% NaCl
10%		1%
10%		50%
50%		1%

Из каких трубок вышла вода? В каких трубках объём воды увеличился? Объясните результаты.

Вывод:

Что такое осмос? Как движется вода в зависимости от концентрации? Как объяснить причину, почему сморщиваются пальцы от воды?

Проект «Осмос и фрукты»

Осмос в биологии – это явление, на котором основывается обмен веществ у живых организмов. Без него невозможно существование жизни на планете.

Обычно вишни лопаются от сока, но во время проведения этого научного эксперимента они будут лопаться под влиянием осмотического давления. Во время этого эксперимента вы сможете заинтересовать свой любопытный ум и постараетесь понять новую научную концепцию.

Что нам понадобится:

• вишни (лучше всего подойдут свежие вишни Бинг);
• стеклянное блюдо;
• вода;
• бумага;
• карандаш;
• пластиковая крышка, чтобы закрыть блюдо.

Ход эксперимента:

1. Пусть ваш ребёнок выдвинет гипотезу. Что, по его мнению, произойдёт с вишнями, если их оставить на ночь в воде? Например, он может предположить, что они уменьшатся и сморщатся или же посчитает, что вода никак не повлияет на вишни. Выстраивание гипотез – важная часть научного метода.
2. Скажите ребёнку нарисовать изображение вишен, иллюстрирующее их внешний вид до проведения эксперимента. Впоследствии он сможет сравнить свой рисунок с тем внешним видом, который приобретут вишни после пребывания в воде.
3. Положите 2 или 3 свежие вишни на дно стеклянного блюда и заполните его проточной водой. Оставьте их приблизительно на 8 часов (например, на ночь). Закройте блюдо пластиковой крышкой. Это позволит добавить уровень влажности.
4. После истечения 8 часов посмотрите на вишни. Каким образом изменился их внешний вид? Вероятно, ребёнок заметит трещины и отверстия на поверхности ягод. Они лопнули.
5. Затем попросите вашего помощника сделать рисунок вишен и проиллюстрировать их внешний вид после проведения эксперимента. Запишите результаты эксперимента. Это ещё один важный этап научного метода.
6. Объясните ребёнку, почему вишни лопнули: они впитали воду через маленькие поры. Это явление называется «осмосом». Плоды впитывают воду, но вода не может выйти наружу через те же самые поры, через которые проникла внутрь. Вода накапливается внутри и давление, возникающее вследствие этого, называется «осмотическим давлением». Вследствие этого ягоды лопаются. Фермеры заметили этот эффект, когда вишни лопались от дождя и высокого уровня влажности.

Вывод:

Что такое осмос в биологии? Какие примеры осмоса вы можете привести?

Заключение

Благодаря проведенным экспериментам вы немного приоткрыли для себя явление осмоса. Подумайте о том, как оно применяется в нашем быту или промышленности. Например, вы можете изучить обратный осмос и как на его основе работают фильтры для воды. Для этого достаточно найти информацию о том, как функционирует система обратного осмоса и что это такое, а также о том, каким образом она обеспечивает фильтрацию.

Практика последних лет показывает, что развитие этой технологии имеет большое значение, так как каждый человек нуждается в чистой воде не зависимо от того, где он живет, в Москве или небольшом городе на другом континенте. Поэтому все чаще мы слышим про осмос, когда речь идет о необходимости выбрать фильтр для дома. А это значит, что данная тема достойна изучения!