Осмос в живой природе

Содержание

Введение………………………………………………………………………..2

1. Анкетирование учащихся…………………………………………………3

2. Изучение осмоса…………………………………………………………...4

II.I. Объяснение явления осмоса…………………….……………4

II.II. Где мы встречаемся с явлением осмоса и какое

значение он играет в жизни растений и человека?...............5

II.III. Применение осмоса человеком……………………..….…..7

1. Экспериментальные исследования…………………………………….…7

III.I. «Толстеющие» сухофрукты……………….…………….….7

III.II. «Худеющая» капуста……………………………..…….…...8

III.III. «Сентиментальный» лимон………………………...…….…9

III.IV. «Метаморфозы» с картошкой…………………………...…9

III.V. Морковный насос……………………………..…………...10

1. Изготовление муляжа для поэтапного рассмотрения явления осмоса...11

Заключение………………………………………………………………….....12

Список литературы………………..………………………………………..…13

Введение

Каждый день мы сталкиваемся с огромным количеством вопросов, на которые не всегда знаем ответы. Можем ли мы ответить на вопрос – почему срезанный цветок при погружении его в воду «оживает»? А почему нашинкованную для салата капусту советуют потереть руками или подавить только после того, как мы её посолили? И почему плавать с открытыми глазами в морской воде легче, чем в пресноводных водоёмах? Для меня стало проблемой объяснить причины данных явлений. Но я узнал, что на многие подобные вопросы ответ можно найти, изучив явление осмоса.

Тема исследования «Осмос в живой природе»

В данной работе поставлена цель: изучение явления осмоса и определение его роли в жизни растений и человека.

Задачи:

• изучить теоретические вопросы об осмосе, используя различные источники информации;

• доказать явление осмоса экспериментальным путём;

• создать компьютерную презентацию к работе и сконструировать динамическую модель, демонстрирующую явление осмоса.

Методы:

• сбор и изучение информации по изучаемой проблеме;

• анкетирование;

• наблюдение и практическое исследование.

Гипотеза: вода и питательные вещества поступают в организм благодаря явлению осмоса. Жизнь без осмоса невозможна.

Объект исследования: осмос как явление, необходимое для нормального течения различных процессов жизнедеятельности организма.

Предметом исследования является процесс выравнивания концентрации растворов через клеточную мембрану.

Данная тема является актуальной, ведь не случайно она интересует учёных разных стран мира. Всё, что касается поддержания жизни, является важным для человека.

Практическая значимость: с явлением осмоса каждый человек сталкивается ежедневно - мы видим, как набухают сухофрукты в воде или семена при прорастании, наблюдаем появление сока на разрезанных и посыпанных сахаром фруктах и многое-многое другое. Я думаю, что очень важно, чтобы мы понимали и умели объяснить происходящие явления.

1. Анкетирование учащихся 5 А и 5 Б классов

МКООУ «Школа-интернат № 64»

Обучающимся 5-ых классов нашей школы было предложено ответить на предложенные 8 вопросов.

Знаете ли вы ответы на поставленные вопросы? Если знаете – напишите ваш ответ.

1. Почему срезанный цветок при погружении его в воду «оживает»?

2. Почему плавать с открытыми глазами в морской воде легче, чем в пресноводных водоёмах?

3. Что заставляет воду, которую мы выпили, проникать через стенки кишечника в кровь?

4. Что заставляет воду проникать внутрь семени при его прорастании?

5. Почему на срезанном лимоне, посыпанном сахаром, довольно быстро появляется сок?

6. Почему стебель цветка лучше обрезать под водой, а не на воздухе?

7. Почему нашинкованную для салата капусту советуют потереть руками или подавить только после того, как мы её посолили?

8. Знаете ли вы, что такое осмос?

В анкетировании приняли участие 24 ученика. По результатам анкетирования стало ясно, что никто из сверстников не смог объяснить причины явлений, предложенных для рассмотрения.

Выдвинутые ими версии ответов были далеки от явления осмоса. На восьмой вопрос никто из респондентов не смог ответить.

Я понял, что есть необходимость самому разобраться с данной проблемой и поделиться знаниями с одноклассниками.

1. Изучение осмоса

II.I. Объяснение явления осмоса

Знакомство с литературными источниками показало, что впервые явление осмоса наблюдал француз Жан Нолле.

«Осмос» в переводе с греческого – толчок, давление. Осмос наблюдается, когда два раствора различной концентрации (в моей работе в качестве растворителя мы всегда использовали воду) разделены полупроницаемой перегородкой – мембраной. В результате устанавливается направленный поток молекул воды в том направлении, где раствор более концентрированный.

Р исунок 1 Перемещение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану

Молекулы воды (синие) способны пересекать мембрану, а молекулы растворённого вещества (красные) — нет. Происходит выравнивание концентраций за счёт одностороннего движения молекул воды из области меньшей концентрации раствора в область с большей концентрацией. При этом в растворе будет повышаться уровень жидкости и мембрана несколько изменит своё положение.

Выравнивание концентраций по обе стороны такой мембраны возможно лишь при односторонней диффузии растворителя. Поэтому всегда идёт от чистого растворителя к раствору или от разбавленного раствора к концентрированному.

II.II. Где мы встречаемся с явлением осмоса и какое значение оно играет в жизни растений и человека?

Наличие воды необходимо для нормального течения различных процессов организма. Из литературных источников я узнал, что организм человека примерно на 70% состоит из воды. Даже небольшое обезвоживание приводит организм к тяжёлым последствиям: изменяется вязкость крови, нарушается процесс кровообращения и деятельность нервной системы, а потеря организмом 20% воды приводит к смертельному исходу. Вода находится внутри клеток и в межклеточном пространстве. Оболочки клеток – это те самые полупроницаемые мембраны, которые пропускают воду в область большей концентрации сахаров или солей в организме. Поэтому, например, когда мы пьём, вода проникает через стенки кишечника в кровь, так как концентрация солей в крови выше.

Мембрана, окружающая клетку, проницаема для молекул воды, кислорода, растворенных в крови питательных веществ, а для больших молекул она непроницаема.

С явлением осмоса мы сталкиваемся во время купания. Если нырнуть в пресноводный водоём, например в речку, и открыть глаза, то под веками испытаем неприятное чувство рези. Внутри клеток глаза концентрация растворённых веществ намного больше, чем в пресной воде, и вода начинает проникать внутрь клеток, болезненно растягивая их. Когда мы раскрываем глаза в солёной морской воде, то болевых ощущений не испытываем, так как концентрация соли в морской воде и клетках глаза очень сходная.

Чтобы разобраться, что такое осмос, надо представить его значение в окружающем мире, значение осмоса для живых организмов.
Вот цветок на окошке, весело и упруго раскинул зелёные листочки, радостно алеет бутон. Красиво! Но забыли мы его полить. Что же случилось? Листочки начинают вянуть, бутон поник. Если мы не польём растение, оно погибнет. Почему же, имея рядом все необходимые вещества, кроме воды, растение не может существовать? И причём тут осмос?
Всё дело в том, что корни растений впитывают воду и пропускают её внутрь своих клеток, стенки которых являются своеобразной полупроницаемой мембраной. Она позволяет воде с мельчайшими, растворёнными в ней питательными веществами проникать внутрь клеток растений. Фильтрующая способность клеточной мембраны уникальна. Но откуда такая избирательность, и чем она регулируется? Наполненные водой клетки растений становятся упругими, за счёт осмотического давления, растение выпрямляется и радует глаз. Такое движение жидкости через мембрану клетки называется осмосом. Что же движет этой жидкостью?
В природе все системы стремятся к достижению равновесия, только тогда они будут устойчивыми и неизменными. Так, если соединить два раствора с разными концентрациями, система мгновенно отреагирует распределением концентрации по всему объёму раствора, а если растворы разделены между собой полупроницаемой перегородкой, мембраной, поры которой могут пропускать лишь молекулы растворителя, но не растворённых частиц, то этот процесс будет идти однонаправлено. То есть вода из раствора с меньшей концентрацией будет проходить в раствор с большей концентрацией, вплоть до выравнивания их численных значений.

Так явлением осмоса объясняется «оживление» увядших цветов в воде, прорастание растений сквозь асфальтовое покрытие дорог, набухание семян. Ведь вода поступает в растение или семя, так как в них более высокая концентрация растворов сахаров и солей.

II.III. Применение осмоса человеком

Зная причины явления осмоса, учёные по подобию полупроницаемых мембран создали синтетические мембраны – фильтры, которые нашли своё применение в разных областях науки и техники. С их помощью очищают газы и нефтепродукты, опресняют морскую воду, обрабатывают молоко и фруктовые соки, производят лекарства и витамины, используют для очистки сточных вод.

А в эпоху построения египетских пирамид, когда ещё не было взрывчатых веществ, для отвала скальных пород египтяне использовали явление осмоса. Они делали в скале отверстие, куда забивали деревянный клин и поливали его водой. В результате клин разбухал и раздвигал скальные стены. Так происходил отвал породы. После этого крупные куски известняка на катках и полозьях перевозили к месту построения пирамид.

1. Экспериментальные исследования

Рассмотренные в литературных источниках сведения об осмосе я решил проверить экспериментальным путём.

III.I. «Толстеющие» сухофрукты

Мы нередко в быту наблюдаем, как сухофрукты, замоченные в воде, увеличиваются в объёме. При этом они становятся значительно сочнее и вкуснее. Следовательно, внутрь клеток проникает вода.

Положил небольшое количество сухофруктов в блюдце, залил водой комнатной температуры и оставил на 30 минут. По истечении времени отметил, что сухофрукты увеличились в размере.

Рисунок 2 «Толстеющие» сухофрукты

Начало опыта Через 30 минут

Объяснить это можно явлением осмоса. Вода через полупроницаемую мембрану клеток устремляется в клетки плодов растений, так как там концентрация солей и сахаров гораздо выше. Клетки наполняются водой, и сухофрукты увеличиваются в размере.

III.II. «Худеющая» капуста

Нашинкованную капусту посыпал солью и подавил руками. Капуста дала сок и уменьшилась в размере.

Рисунок 3 «Худеющая» капуста

Свежая капуста Капуста, подавленная с солью

Объяснить это можно явлением осмоса. Вода, находящаяся в клетках растения, через мембраны выходит в более насыщенный солью раствор. Клетки растения при этом теряют воду, и капуста уменьшается в размере.

III.III. «Сентиментальный» лимон

Отрезал 2 ломтика лимона толщиной 2 см, положил в блюдце и один ломтик посыпал сахаром. На поверхности лимона с сахаром выделился сок.

Рисунок 4 «Сентиментальный» лимон

Нарезал лимон Посыпал один ломтик сахаром Через 5 минут

Объяснить это можно явлением осмоса. На поверхности лимона образуется концентрированный раствор сахара, и сок лимона, менее концентрированный, стремится разбавить этот раствор. Он проникает через мембраны клеток и выходит наружу.

III.IV. «Метаморфозы» с картошкой

Вырезал из картофеля три одинаковых по размерам кубика (3*3*3 см). Приготовил три стакана с разными растворами:

1. простая вода;

2. подсоленная вода;

3. концентрированный раствор соли.

В каждый стакан опустил по одному картофельному кубику и оставил на три часа. По истечении времени достал кубики и измерил их. Во втором стакане кубик не изменился в размерах. Кубик из первого стакана увеличился, а в третьем – уменьшился.

Рисунок 5 «Метаморфозы» с картошкой

Начало опыта Через 3 часа Замеры кубиков картофеля

Изменение размеров картофельных кубиков связано с явлением осмоса. Кубик, который находился в концентрированном растворе, стал отдавать воду, вода из клеток картофеля через мембраны клеток стала выходить в более насыщенный раствор соли, и кубик уменьшился в размере (2, 4*2,3*2,4 см). Кубик, который был в первом стакане, увеличился (3,5*3,6*3,6 см), так как вода из стакана стала перемещаться в клетки картофеля, где концентрация растворов выше, чем в простой воде.

III.V. Морковный насос

Отрезал от моркови ботву и воткнул здесь стеклянную трубку. На трубке маркером прочертил деления с интервалом в 1 см. Морковь поставил в стакан с простой водой, а в стеклянную трубку налил до половины раствор соли, отметив верхнюю границу налитого раствора маркером. Оставил морковь на три часа. По истечению времени отметил, что уровень раствора в стеклянной трубке стал на 1,1 см выше.

Рисунок 6 Морковный насос

Начало опыта Через 3 часа

Объяснить это можно явлением осмоса. Морковь как бы перекачивает воду из стакана, заставляя её двигаться вверх ко всё более насыщенному раствору.

1. Изготовление муляжа для поэтапного рассмотрения явления осмоса

Я уже 3 года хожу на занятия в кружок «Золотые руки мастера», где мы занимаемся изготовлением поделок из различных материалов. Нас научили делать фигурки и картины из солёного теста. И я решил сам сделать из солёного теста работы, на которых можно поэтапно рассмотреть явление осмоса.

Для приготовления теста я взял 1 стакан муки, стакан соли, 5ст. ложек растительного масла, немного теплой воды. В своих работах я изобразил поэтапно перемещение молекул через клеточную мембрану и показал области применения осмоса в жизни растений и человека.

Я вылепил синие шарики, изображающие молекулы воды, и красные шарики, изображающие молекулы сахара, находящиеся в клетке. Клетку отграничил сделанной из теста полупроницаемой мембраной. Затем показал, как молекулы воды через мембрану переходят в более концентрированный раствор сахара. Далее в работе видно, что поступающая вода будет повышать объём жидкости в клетке с раствором сахара, клетка при этом набухает, и поэтому мембрана несколько изменит своё положение. В другой работе, напротив, продемонстрировал выход воды через мембрану из клетки в более концентрированный раствор.

Свои работы в течение двух дней сушил при комнатной температуре.

Данные работы можно использовать на уроках биологии, химии и физики при изучении тем «Диффузия», «Осмос, осмотическое давление».

Заключение

В ходе работы мною рассмотрено явление осмоса и определена его важная роль в жизни растений и человека. Из литературных источников и интернет-ресурсов было выяснено, что осмос – это направленный поток молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из области меньшей концентрации раствора в область с большей концентрацией с целью выравнивания концентраций этих растворов. В качестве полупроницаемой мембраны может выступать мембрана клеток живых организмов.

Положенный в основу работы экспериментальный метод позволил достичь поставленной цели и подтвердить выдвинутую гипотезу. Осмос обеспечивает поступление воды и питательных веществ внутрь живых клеток, что необходимо для нормального течения различных процессов. Жизнь без осмоса невозможна.

Я нашёл ответы на поставленные в начале работы вопросы и поделился новыми знаниями со своими одноклассниками.

Модели явления осмоса предоставлены педагогам школы для проведения уроков биологии, химии и физики при изучении тем «Диффузия», «Осмос, осмотическое давление».

Список литературы

1. Рыженков А. П.Физика Человек Окружающая среда. - М.:Просвещение,1996. – 48 с.

2. Энциклопедия для детей: В 33 т./ Гл. ред. Володин В. А. – М.: Аванта +, 2001 – Т.19. – 448 с.

3. http://www.Wikipedia.org Осмос и диализ.

4. http://www.krugosvet.ru/articles/116/1011616/0012597g.htm Живая природа.