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Multimedia: Beschreibung der Simulationen

Versuch zur Osmose

Was geschieht mit einer knackig frischen Olive in einer hoch konzentrierten Salzlösung? Wie verändert sich eine Kirsche in einer Zuckerlösung? Mit der Osmose-Simulation kann ganz konkret die Auswirkung von unterschiedlich stark konzentrierten Salz- und Zuckerlösungen auf Früchte und Blutzellen untersucht werden.

Start des Osmose-Versuchs

Eine Zuckerkonzentration von 20% ergibt für die Kirsche eine isotonische Lösung. Osmotischer Druck kann sich nicht aufbauen, die Frucht bleibt unverändert.

1. Willkommen im Osmose-Labor!

In der Simulation Osmose / Diffusion stehen drei verschiedene Versuchsobjekte zur Wahl: Blutplättchen, Kirsche und Olive.

Detailansicht des Osmose-Versuchs: platzendes Blutblättchen

Eine nullprozentige Kochsalzlösung ergibt für das rote Blutkörperchen eine hypotonische Lösung. Der osmotische Druck in der Zelle steigt an, bis die Konzentration der Lösungen innerhalb und außerhalb der Blutzelle isotonisch ist. Die Zellmembran der Blutzelle hält dem Druck nicht stand und platzt.

Nachdem man sich für ein Versuchsobjekt entschieden hat, muss per Schieberegler die Lösungskonzentration bestimmt werden. Für das Blutblättchen lässt sich eine Kochsalzlösung von 0 bis 50% einstellen, für die Kirsche eine Zuckerlösung von 0 bis 100% und für die Olive eine Kochsalzlösung zwischen 0 und 6%.

Die Simulation wird mit Klicken des "Experiment starten"-Buttons ausgelöst. Nach einer kurzen Animation wird eine Auswertung der Ergebnisse angezeigt.

2. Wissenschaftliche Hintergründe: Warum konserviert Salz Lebensmittel? 

Drei Monate auf See, hundertfünfzig Mann Besatzung und kein Kühlschrank. Alltag auf einem Segelschiff im 17. Jahrhundert. Allerdings kannten die alten Seefahrer einen Trick, wie Fleisch und Fisch auch ohne Kühlung haltbar bleiben: schlicht und einfach mit Salz. Ohne diesen Proviant wäre damals wohl kein Schiff ans Ziel gekommen. Auch heute noch wird Salz als Konservierungsmittel eingesetzt, zum Beispiel können so Oliven ohne weitere chemische Zusatzstoffe einfach haltbar gemacht werden. Wichtig dabei ist, dass genügend Salz untergemischt wird und dass es lange genug einwirken kann, bevor die Oliven verpackt werden. Mindestens acht Prozent muss der Salzgehalt bei Oliven betragen, damit sie auch noch nach drei Monaten schmecken.

Detailansicht des Osmose-Versuchs: Olive in Salzlösung

Eine Kochsalzkonzentration von 6%
ergibt für die Olive eine hypertonische Lösung. Die Konzentration der umgebenden Lösung ist höher als die im Inneren der Frucht. Das bedeutet, der osmotische Druck in der Frucht sinkt, bis die Konzentrationen der Lösungen ausgeglichen sind. Der sinkende Druck in der Olive lässt diese schrumpfen.

Doch wie kann Salz die Oliven vor dem Verderben retten? Verderben können Lebensmittel durch Mikroorganismen, wie zum Beispiel Staphylokokken. Zum Leben benötigen diese Bakterien unbedingt Wasser. Und genau das wird ihnen vom Salz entzogen. Wenn die Oliven damit bestreut werden, ist die Salzkonzentration außen höher als im Inneren der Olive. Dieses Konzentrationsgefälle versuchen die Wassermoleküle in der Oliven auszugleichen: Sie beginnen nach außen zu fließen. Da die Zellwände der Olive nur halbdurchlässig sind, können die Wassermoleküle zwar heraus, die Salzmoleküle aber nicht hinein. Dieser Vorgang, den man in der Chemie Osmose nennt, läuft so lange, bis das Konzentrationsgefälle ausgeglichen ist. Dabei wird auch den Mikroorganismen das Wasser entzogen und die Olive konserviert.



3. Laborexperiment "Virtuelle Pfeffersche Zelle"

Eine weitere Versuchsanordnung ist das Laborexperiment. Hier lässt sich der Druck in einer Pfefferschen Zelle simulieren. Es stehen Zucker oder Salz zur Auswahl. Die Konzentration der Lösung innerhalb und außerhalb der Zelle lässt sich frei einstellen, der osmotische Druck wird angezeigt.

Detailansicht des Experiments: Virtuelle Pfeffersche Zelle

In diesem Beispiel hat man 96 g Kochsalz innerhalb und 476 g außerhalb der Pfefferschen Zelle gelöst. Die Lösung innerhalb der Zelle ist somit hypotonisch, die Lösung außerhalb hypertonisch.

Als erster Schritt muss in dem Experiment ein zu lösender Stoff ausgewählt werden: Kochsalz oder Saccharose.

Per Schieberegler lässt sich nun die Stoffmenge einstellen. Innerhalb der Zelle können auf 1000 g Lösungsmittel Stoffmengen zwischen 0 und 360 g gewählt werden. Außerhalb der Zelle stehen 2000 g Lösungsmittel für 0 bis 720 g zu lösendem Stoff zur Verfügung.

Mit Klick auf den Button "Experiment starten" beginnt das Laborexperiment. Nach Ablauf des Versuchs erhält man eine ausführliche Ergebnisauswertung.

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