XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Осмос- феномен в живых системах

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Крутилина Д.Т. 1

---

1МБОУ СОШ №111

Абрамова Т.П. 1

---

1МБОУ СОШ №111,

Работа в формате PDF

7.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Актуальность:

Если поставить веточку сирени с увядшими листьями в банку с водой, то она оживает и листья принимают прежнее положение. Меня заинтересовало, какие факторы способствуют проникновению воды в живые клетки ветки сирени ? Почему вода не выходит назад? Что ей не дает выходить наружу? Почему оболочка (плазматическая мембрана ) клетки становится проницаемой для воды в одностороннем направлении ( из окружающей среды- в клетку )?

Оказывается, в основе этого процесса лежит уникальное природное явление — осмос. Осмос-процесс диффузии воды через полупроницаемую мембрану для уравнивания растворенного вещества с обеих сторон мембраны. Полупроницаемая мембрана позволяет маленьким молекулам (например, воды) свободно проходить через неё, в то время как остается непроницаемой для крупных молекул ( например, сахара, соли и других органических соединений). Липиды в плазматической мембране обладают избирательной пропускаемостью для большинства полярных молекул, включая молекул полисахаридов, белков и другие большие органические молекулы. Процессы осмоса, как и схожие с ними диффузные процессы, играют важную роль в биологических процессах, начиная от транспортировки воды из клетки и в неё и заканчивая выведением отходов, образующихся в процессе клеточного дыхания. Например, без осмоса невозможен транспорт воды от корней растений к листьям, плодам . Так же , эритроциты в крови функционируют при концентрации соли хлорида калия внутри этой клетки и снаружи , равной концентрации 0,9%. Это равновесия концентраций достигается благодаря осмосу. Без осмоса нельзя утолить жажду ни человеку, ни животному , ни растению. А недостаток воды в клетках может привести к обезвоживанию и к гибели живой системы.

В своей исследовательской работе я решила выяснить , что лежит в основе этого процесса?

Цель исследования: изучить явление осмоса .

Для достижения цели решала следующие задачи:

1. Проанализировать теоретический материал.

2.Провести эксперименты по данной теме.

3. На основе изучения теоретического материала и анализа результатов исследовательской работы сделать выводы и заключение.

В работе использовала методы исследования:

1.эксперимент

2.наблюдение

3 анализ

4.описание.

Гипотеза: Без осмоса невозможна жизнь на Земле.

II. Теоретическая часть.

Я провела анализ теоретического материала и узнала, что осмос-важнейший феномен в биологических системах. Осмос — (от греч. «толчок»,»давление» ).

Это явление открыл в 1748 году французский физик Ж. А. Нолле. Ученый занимался изучения кипения жидкостей и столкнулся с неизвестным до тех пор явлением . В одном из своих опытов он герметично закрыл стакан со спиртом пленкой бычьего пузыря и погрузил его на дно большого сосуда с водой . Через несколько часов пузырь раздулся-вода проникла в стакан и увеличила давление в нем. Нолле объяснил его следующим образом: «Животный пузырь может быть более проницаем для воды, чем для спирта».

При этом процессе происходит односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку(мембрану), обусловленная стремлением системы к термодинамическому равновесию и выравниванию концентрации растворов по обе стороны мембраны. Причиной выравнивания концентраций растворов является осмотическое давление.

Осмотическое давление- это давление, которое растворенное вещество оказывает на полупроницаемую перегородку. Осмотическое давление играет важную роль в процессах , происходящих в живых организмах. В них имеются многочисленные полупроницаемые перегородки (оболочки клеток, стенки кровеносных сосудов, пищеварительного тракта и др.). Распределение воды и растворенных в ней веществ в тканях в значительной мере определяется осмотическим давлением.

Обратный осмос- это движение молекул воды , через полупроницаемую мембрану в обратном направлении из более концентрированного раствора в менее концентрированный, когда на раствор с большей концентрацией воздействует внешнее давление (создаваемое насосом), превышающее осмотическое. Обратный осмос используется для опреснения воды, очищения воды и т.д.

Среда, осмотическое, давление которой равно осмотическому давлению внутри клетки, изотонической. В такой среде вода не поступает в клетку и не выводится из клетки.

Среда, осмотическое, давление которой меньше осмотического давления внутри клетки, гипотонической. В такой среде вода поступает через мембрану внутрь клетки. Клетка без стенки в такой среде раздувается и может лопнуть. Если у клетки есть стенка, то клетка давит на стенку, но не лопается.

Среда, осмотическое, давление которой больше осмотического давления внутри клетки, называется гипертонической. В такой среде вода выходит через мембрану из клетки, и клетка сжимается. Например, если в человеческий организм ввести гипотонический раствор, то клетки крови будут лопаться, а если ввести гипертонический раствор, то клетки крови будут сжиматься. Поэтому для внутривенных вливаний больших объемов веществ их разбавляют изотоническим раствором, например, 0,9% NаCI.

III. Практическая часть. Оборудование:

1. Весы (электронные, кухонные)

2.Калькулятор

3.Часы с секундной стрелкой (секундомер)

4. Сироп кленовый

5. 4 стакана (полистирол)

6.Столовая ложка

7. Уксус столовый (6 %)

8. Яйца свежие (куриные)

Ход работы.

Для исследования осмоса в живых системах использовала куриное яйцо.

1.Чтобы исследовать процесс осмоса , сначала удалила скорлупу яйца.

1.Поместила 2 сырых яйца в 2 стакана

2.Налила в ёмкость уксус , так чтобы яйца были в него полностью погружены (рис 1,2,3). Прикрыла крышкой, в ней сделала отверстия, чтобы выходил газ, образующийся при взаимодействии скорлупы яйца с уксусом. Поместила в холодное место, чтобы яйца не испортились (рис 4).

3. В течение 4-5 дней периодически проверяла состояние яиц до тех пор, пока оболочка из скорлупы полностью не растворится. В состав скорлупы яйца в основном входит карбонат кальция -химическое соединение, близкое по составу к мелу известняку и мрамору. Карбонат кальция вступает в химическую реакцию с кислотами , при этом образуется соль и углекислый газ (рис 5).

На яйце остается только мембрана, окружающая белок и желток (рис 6).

2.После удаления скорлупы от яйца, я приступила ко 2 части исследовательской работы.

1. Когда оболочка практически полностью декальцинировалась, слила раствор и осторожно достала из стаканов яйца. После этого аккуратно промокнула их, чтобы убрать лишнюю жидкость(рис 6).

2. Взвесила два стакана и записала значения. таблица№1

3. Провела взвешивание, чтобы узнать массу яиц после декальцинирования. Таблица№2

рис.№7 рис.№8 рис.№9 рис.№10

Вывод: масса яиц после декальцинирования стала больше (увеличилась) , чем до декальцинирования. Это показано в таблице №2. 1 яйцо увеличило массу с 64 г. до 81г.;

2 яйцо — с 62г. до 74г. В таблице №1 видно, что первоначальная масса 6 % раствора уксуса, куда помещала яйца, уменьшилась.

Я учла в эксперименте, что в раствор поступил кальций (примерно 8 г) , и из раствора выделялся углекислый газ (CO2). Яйца увеличили массу, так как в них поступал растворитель (вода) из раствора уксуса путем осмоса. Молекулы воды движутся через полупроницаемую мембрану в одностороннем направлении из менее концентрированного раствора в более концентрированный раствор. Растворенное вещество оказывает на полупроницаемую перегородку осмотическое давление. В качестве полупроницаемой мембраны выступает (мягкая) оболочка куриного яйца.

Взвешивание декальцинированных яиц после помещения в раствор сиропа и воды.

4.Налила сироп в стакан, чтобы он покрыл 1 яйцо на 1 см. и засекла время ( рис 11,12,14).

5. Через несколько минут повторила то же самое со 2 яйцом, погрузив его в вод (рис 17)у.

6. Через 10 минут извлекла 1 яйцо из сиропа ложкой. Потом окунула это яйцо в воду, чтобы удалить с него как можно больше следы сиропа. Промокнула яйцо бумажным полотенцем и провела взвешивание (рис 13, 15).

7.Первое яйцо вновь поместила в стакан с сиропом на 10 минут и зафиксировала время (рис 14).

8. Второе яйцо извлекла из воды и промокнула бумажным полотенцем, чтобы удалить капли воды. Провела взвешивание (рис 18).

9. Опять поместила яйцо в стакан с водой на 10 минут (рис 17).

10. Шаги 3-9 повторяла через каждые 10 минут в течение нескольких часов, пока масса одного из яиц не перестал изменяться на протяжении нескольких циклов (рис 15, 19)

Рис.№17 рис.№18 рис.№19

12. Изменение массы каждого яйца в процессе взвешивания внесла в таблицу . Таблица №3.

Вывод:

В таблице №3 видно, что вода и кленовый сироп повлияли на изменение массы яйца.

Яйцо в кленовом сиропе теряло массу через каждые 10 минут. Через сутки масса яйца №1 уменьшилось от 81г. до 48 г. Следовательно, молекулы воды поступали через оболочку (« мембрану») яйца в более концентрированный раствор , чем в яйце.

Растворенное вещество(сахар) в растворе сиропа оказывал осмотическое давление на полупроницаемую перегородку (оболочку яйца). Распределение воды и растворенных в ней веществ определяется осмотическим давлением.Яйцо №1 находилось в гипертоническом растворе. Из таблицы №3 видно что яйцо №2 в стакане с водой набирало массу через каждые 10 минут от 74г. до 78г. ( взвешивание №4).

На следующих этапах взвешивания изменений массы яйца не было. Прекращение изменения массы яйца показало, что настало равновесие между концентрацией раствора внутренней среды яйца и концентрацией раствора стакана . Следовательно, вода поступала в яйцо, так в нем концентрация раствора выше чем вода (100%) в стакане. Воду в стакане можно определить как гипотонический раствор. В ходе опыта куриное яйцо увеличивалось или уменьшалось в зависимости от того в какой раствор оно было помещено. Таким образом, в данном эксперименте я наблюдала явление осмоса.

IV. Заключение

На основании анализа теоретического материала и проведенного эксперимента, было изучено явление осмоса, и установлено, что осмос является важным клеточным процессом. Осмос способствует обогащению водой клеток и межклеточных пространств. Мембраны всех живых клеток используют осмос для контроля поглощения необходимых веществ. Искусственные мембраны используются в аппаратах искусственной почки для очистки крови от токсинов. Корни растений впитывают влагу, так как она поступает туда путем осмоса. Осмотическое давление зависит от концентрации растворенного вещества. Осмотическое давление , которое возникает в клетках, обеспечивает тургор (упругость).

Наличие воды в организме, в клетках способствует нормальному протеканию метаболизма.

Поэтому данная тема актуальна. Без осмоса жизни на Земле нет. Цель исследования достигнута.

V. Справочный материал

1.Р.Б.Томсон,Б.Ф.Томсон:издательство«ДМК»,Москва,2019г.,Иллюстрированная энциклопедия : биологические эксперименты.

2.https://foxford.ru/wiki/biologiya/osmos-i-osmoregulyatsiya

3.https ://essay-pro.ru/sochinenie/osmos-kak-fenomen-v-zhiznedeyatelnosti/