Осмоза с яйце: 3 прости експеримента за Великден

Великден се приближава и хората са заети да се занимават със занаяти, да готвят, пекат и украсяват. Но Великден има какво да предложи на натуралистите - в края на краищата в наши дни всичко се върти около малко чудо на природата: яйцето. И ще ви кажа какви вълнуващи неща можете да направите с едно яйце - и да се поуча от тях.

Правилно сте прочели: Можете да извършите следните три експеримента един след друг с едно сурово яйце! Затова прочетете инструкциите изцяло, преди да ги изпробвате, за да имате всичко в ръка в точното време. Между другото вдъхновението за това идва от англоговорящия свят, където те също са заети с експерименти.

Тази статия също е част от парада в блога „Заедно през Великден“ с планинските братя и сестри. Там ще намерите още съвети и идеи за Великден!

1. Голото яйце

Знаете ли, че можете да обелите сурово яйце, без да увреждате вътрешността или да се разпадате?

Ти трябва да

• сурово пилешко яйце
• Домакински оцет (приблизително 10% оцетна киселина във вода)
• покриващ се съд, в който има достатъчно място за яйце, например буркан с мед
• около 24 часа

екзекуция

Напълнете контейнера с височина около два до седем сантиметра с домакински оцет и внимателно плъзнете яйцето в него. Покрийте отвора, например с подходяща винтова капачка (просто го сложете, не го завийте здраво!), И оставете кораба да стои неподвижен за един ден.

Какво можете да гледате

Веднага след като яйцето влезе в контакт с оцета, на повърхността му се образуват малки мехурчета и бавно се издигат на повърхността на водата. Провежда се химична реакция, при която се създава газ!

Затова никога не трябва да затваряте плътно контейнера. В противен случай газът се задържа в него и се създава свръхналягане, което води до спиране на реакцията (защо е така, обяснява Le Châtelier на летището).

Ако извадите яйцето от оцета след един ден (човешката кожа е защитена срещу киселина: можете безопасно да хванете яйцето с гола ръка в 10% домакински оцет и да го извадите. След това изплакнете яйцето и внимателно подръчете под течаща вода !), твърдата обвивка я няма. От друга страна, върху повърхността на оцета може да има плуващи остатъци, които, ако използвате кафяво яйце като мен, ще съдържат кафяви ивици багрило. Всичко това е безвредно и може просто да се отмие.

Това, което е останало, е вътрешността на суровото яйце, заобиколено от тънка, кадифена кожа. Яйцето вече е еластично: можете (внимателно) да го натиснете с пръсти.

И то е полупрозрачно: можете да видите жълтия жълтък през външната кожа или да задържите яйцето до светлината, за да стане видимо като тъмна сянка. Също така - може би вече сте забелязали - яйцето е по-голямо, отколкото е било преди да се къпе в оцет!

Как е структурирано яйцето?

Яйцето на кокошката съдържа предимно протеини, мазнини и вода. Освен това има почти всички витамини (Link) (само витамин С се образува само когато се излюпи оплодено яйце) и много минерали. В края на краищата, яйцето е предназначено за хранене на развиващо се пиле.

Центърът на едно яйце е жълтъкът, известен още като яйчен жълтък, който е основният източник на храна за младия пилешки ембрион. Състои се от 16% протеини, 32% мазнини и 50% вода. Останалите 2% са минерали и въглехидрати. Яйчният жълтък се създава в яйчника на кокошката и, заобиколен от тънка мембрана (тази мембрана също задържа жълтъка заедно върху пържено яйце!), Се придвижва надолу по маточната тръба след овулацията.

Жълтъкът постепенно е заобиколен от няколко слоя яйчен белтък: На първо място, дебел слой, който изтича в градушките, които държат жълтъка в средата на яйцето. След това има два тънки слоя, чийто външен слой е заобиколен от двойна вътрешна мембрана на черупката на яйцата (мембраната на черупката на яйцата е тънката кожа, която често може да се отлепи отделно от вареното яйце). Яйчният белтък служи не само като втори източник на храна за пилето, но и като амортисьор. Състои се от 87% вода и само 11% протеин - останалите съставки съставляват не повече от 2%.

За да предпази фината мембрана на черупката на яйцата, яйцето е заобиколено отвън от твърда варова обвивка. Около 10 000 пори в черупката позволяват обмен на много малки молекули, например кислород и въглероден диоксид, така че развиващото се пиле да може да "диша". Тънкият като вафла епидермис върху черупката (кутикулата), подобно на яйчния белтък, има репелентен ефект, така че непокътнатите яйца могат да се държат относително дълго време не само под кокошката, но и при стайна температура.

Какво се случва с оцета?

Оцетът, "оцетна киселина" сред химиците, е слаба, но ефективна киселина. Това означава, че оцетните молекули могат да отделят H + йони, които се абсорбират от „основа“:

По-силна основа от водата е карбонатният йон във вар (под химиците калциев карбонат, CaCO3), така че оцетът реагира по-лесно с вар в черупката на яйцата:

Образува се въглеродна киселина (H2CO3), която бързо се разпада на въглероден диоксид и вода:

Въглеродният диоксид се събира в газови мехурчета и се издига от черупката на яйцата до оцетната повърхност. Остават калциевите (Ca 2+) и ацетатните (H3C-COO -) йони, които заедно се разтварят доста добре във вода. Тъй като черупката на яйцата се състои от 90% вар, тя се разтваря напълно, когато реагира с оцета. Останалите 10% - включително цвета на кафявите яйца - се събират като повече или по-малко течен остатък на оцетната повърхност.

2. Свитото яйце

Ако едно яйце стане по-голямо без черупка, може ли да стане и по-малко? И как се получава?

За да изпробвате, имате нужда

• голото яйце от експеримент 1
• почистеният съд от експеримент 1
• Глюкозен сироп или сироп за сладка напитка с високо съдържание на захар
• около 12 до 18 часа

екзекуция

Поставете голото яйце в празния съд и го напълнете почти до ръба със сиропа. Яйцето ще плува на повърхността.

Така че този път затворете капака напълно или претеглете хлабав капак, така че яйцето да бъде избутано надолу в течността. След това оставете цялото нещо да стои тихо за една нощ.

Какво можете да гледате

Ако извадите яйцето от сиропа след нощната му баня и го изплакнете, то ще бъде забележимо по-меко и податливо. Така че вече е ясно впечатлен от собственото му тегло, когато го поставите на плоската си повърхност.

Той също се е свил до първоначалния си размер, може би дори по-нататък!

Откакто използвах тъмен сироп за напитки, моето яйце също придоби кафявия цвят на сиропа.

Защо яйцето се свива?

Всички вещества се състоят от малки частици, които (над абсолютната нула) са винаги в движение. В твърдо вещество тези частици са подредени в твърда решетка, но вибрират непрекъснато на местата си. В течност или газ, от друга страна, частиците бръмчат една около друга до голяма степен свободно, като хората на оживен градски площад.

Ако обедините две течности или газове заедно, частиците им неизбежно се въртят една около друга: частици от едно вещество проникват във второто, а тези на второто вещество в първото. Химиците (и физиците) наричат това неволно движение един в друг „дифузия“.

Мембраната на черупката на яйцата вече е „полупропусклива“ кожа: тя съдържа миниатюрни пори, през които могат да преминават само много малки молекули като вода (H2O), кислород (O2), азот (N2), въглероден диоксид (CO2). По-големи молекули, като захарни молекули (една молекула трапезна захар (захароза) се състои от 45 атома, гроздова захар (глюкоза) от 24 атома!) Не преминавайте. Ако такава мембрана пречи на бъркащите частици на две (или повече) вещества, само тези частици могат да мигрират в другото вещество, което мембраната позволява чрез.

Белтъкът в яйцето се състои от протеини - много големи молекули - и вода, докато сиропът се състои главно от захар, т.е.по-големи молекули, и вода. Ето как само водни молекули преминават през мембраната на черупката на яйцата: От яйцето, където са много (87% от нормалния яйчен белтък се състои от вода, в голото яйце дори повече!), Много мигрират навън. За разлика от тях, много малко мигрират от сиропа в яйцето, тъй като в сиропа има само няколко молекули вода. Яйцето остава все по-малко вода: то се свива! Цялото нещо работи, докато има едно и също количество вода отвън и отвътре по отношение на захарта или протеина - защото тогава еднакъв брой водни молекули винаги мигрират навън и навътре.

Дифузията през полупропусклива мембрана само в една посока се нарича „осмоза“ и се използва от живите клетки за обмен на вещества. Много клетъчни мембрани имат много пори за вода, но по-малко за сол (и) или йони. Ако консумираме много големи количества трапезна сол (остър солен вкус обикновено ни пречи да го направим), така че между клетките на нашето тяло се намира много сол, водата главно мигрира от клетките, така че те се свиват като яйце. И това може да има фатални последици, както съобщава "Chemical Reporter".

Порите в мембраната на яйчната черупка също пропускат кафявата боя в сиропа: Тъй като молекулите на багрилото първоначално са били достъпни само навън в сиропа, някои от тях са мигрирали в яйцето, така че да изглежда кафяво след къпане в сиропа. Това показва, че дифузията всъщност се извършва едновременно в двете или във всички посоки!

3. Фонтанът за яйца

Може ли яйцето да расте отново? И колко по-голям може да стане?

За да изпробвате, имате нужда

• голото, свито яйце от експеримент 2
• почистеният съд от експеримент 2
• Чешмяна вода
• евентуално оцветител за храна
• 12 до 18 часа време
• чаша за яйца и, ако е необходимо, чиния, под която да се постави
• остра клечка за зъби или игла

екзекуция

Напълнете контейнера с чешмяна вода, висока най-малко около два инча. Ако сте използвали безцветен сироп в експеримент 2, сега можете да смесите малко оцветител с храна във водата, докато тя стане силно оцветена. След това поставете свитото яйце вътре. Яйцето вече е по-плътно от водата и само потъва на дъното на съда.

Оставете яйцето да престои във водата за още 12 до 18 часа. След това го извадете, внимателно го подсушете малко и го поставете върху чашата за яйца, посочете нагоре. Използвайте иглата или клечката за зъби, за да убодете яйцето отгоре - и наблюдавайте фонтана!

Какво можете да гледате

По време на дванадесетчасовата му баня в чешмяна вода яйцето става поне толкова голямо, колкото е било след експеримент 1, но не значително по-голямо. Ако сте използвали тъмен сироп в експеримент 2, първоначално безцветната вода ще бъде леко оцветена.

Ако сте използвали безцветен сироп и оцветител за храна в последната стъпка, яйцето ще придобие цвета си (истинско великденско яйце!). Във всеки случай той се чувства отново пухкав в сравнение със свитото състояние след опит 2.

Ако енергично убодете издигнатото яйце отгоре, течност, главно вода, ще излезе в малък фонтан. Така че, ако чашата ви за яйца няма улей, поставете отдолу чиния!

Ако не се страхувате от goo, можете след това да разглобите остатъците от яйцето и да разгледате отблизо. Яйчният ми жълтък беше сварен твърдо след тридневните редуващи се бани: Нещо, което попадна в яйцето - оцетна киселина, малко количество алкохол от сиропа или много вода - очевидно е причинило коагулацията на протеините.

изхвърляне

И трите експеримента се провеждат изключително с хранителни съставки (домашният оцет не е нищо повече от концентриран, чист оцет за маса). Следователно всеки остатък може да бъде изхвърлен в канализацията. Можете да поставите твърдите остатъци от яйцето в органичните отпадъци. Измийте добре ръцете си след работа с отвореното сурово яйце в експеримент 3!

Осмотичното налягане и неговите последици

Ако поставите свитото яйце в чиста вода, посоката на движение просто се обръща от осмозата: По отношение на по-големите молекули има много повече вода извън леда, отколкото вътре. Така че сега повече молекули вода мигрират в яйцето, отколкото навън: яйцето расте отново (поради тази причина то също е нараснало, когато твърдата обвивка се разтвори: вода от оцетния разтвор мигрира в него).

Ако водата съдържа и оцветител за храна, молекулите на багрилото, за които мембраната на черупката на яйцата също е пропусклива, мигрират като водата в яйцето и го „оцветяват“.

Постоянният приток на водни молекули го прави все по-стегнат в яйцето: Натрупва се налягане - говори се за осмотично налягане. Този натиск може да забави по-нататъшната миграция на молекулите (ако нещата се затегнат в яйцето, порите на мембраната ще се задръстят) или, ако излезе извън контрол, мембраната ще се спука!

Двойната мембрана на черупката на яйцата обаче може да издържи много, така че осмотичното налягане забавя имиграцията на вода, преди мембраната да може да се спука. Този натиск все още може да се усети: той стяга мембраната, както налягането в напълнен балон стяга кожата на балона. Ако след това пробиете яйцето целенасочено, натрупаното в него налягане позволява на водата да изстреля на висока дъга през отвора.

Клетките на тялото на хората и животните са по-малко здрави: например, ако въведете червени кръвни клетки в чиста вода, много водни молекули мигрират през клетъчната мембрана в тях. В резултат на натрупващото се осмотично налягане клетките се разширяват - в най-лошия случай, докато не се спукат. И това е изключително вредно за живота. Ето защо инфузията от лекар винаги съдържа толкова сол и по-големи молекули, колкото нормалната кръвна плазма (кръвна течност). Кръвната плазма е създадена по такъв начин, че нито прекомерните количества вода не могат да мигрират нито в кръвните клетки, нито извън тях.

Между другото, растителните клетки се справят по-добре с изместването на осмотичното налягане: Те имат здрава външна стена, която им пречи да се спукат и собствен резервоар за излишна вода вътре. Например, клетките в клетъчните им стени се свиват, когато растението е жадно, което го прави вял и изсъхнал, но не губи изцяло формата си. Ако след това излеете енергично, водата мигрира в клетките и също така запълва резервоара (вакуолата), така че клетъчните стени се поддържат и растението отново изглежда стегнато и свежо за много кратко време.

Пожелавам ви много забавно да експериментирате с „голото“ яйце и неговите осмосни способности - и прекрасен, креативен и образователен Великден!

Копирахте ли експериментите:

Ако нещо не работи или работи само частично, напишете го в коментарите. Радвам се да помогна за отстраняване на неизправности!