Осмос з яйцем 3 прості експерименти на Великдень - коробка Кейнштейна
Великдень наближається, і люди зайняті рукоділлям, приготуванням їжі, випічкою та декоруванням. Але Великдень також може багато запропонувати натуралістам - зрештою, в наші дні все обертається навколо маленького дива природи: яйця. І я розповім тобі, які захоплюючі речі ти можеш зробити з яйцем - і навчись у них.
Ви правильно прочитали: Ви можете зробити наступні три експерименти один за одним з одним сирим яйцем! Тому перед тим, як випробувати їх, повністю прочитайте інструкції, щоб у вас було все під рукою в потрібний час. До речі, натхнення для цього надходить з англомовного світу, де вони також зайняті експериментами.
Ця стаття також є частиною параду в блозі "Разом до Великодня" з гірськими братами та сестрами. Там ви знайдете більше порад та ідей щодо Великодня!
1. Оголене яйце
Чи знали ви, що можна очистити сире яйце, не пошкодивши внутрішню частину та не розсипавшись?
Тобі потрібно
• сире куряче яйце
• Домашній оцет (приблизно 10% оцтової кислоти у воді)
• криється ємність, в якій є достатньо місця для яйця, наприклад, баночка з медом
• близько 24 годин
виконання
Наповніть контейнер висотою приблизно від двох до семи сантиметрів господарським оцтом і обережно засуньте в нього яйце. Закрийте отвір, наприклад, відповідною гвинтовою кришкою (просто надіньте її, не закручуйте!), І нехай посудина стоїть нерухомо протягом доби.
Що можна дивитись
Як тільки яйце контактує з оцтом, на його поверхні утворюються невеликі бульбашки, які повільно піднімаються на поверхню води. Відбувається хімічна реакція, в якій утворюється газ!
Тому ніколи не можна щільно закривати контейнер. В іншому випадку газ затримується в ньому, і створюється надлишковий тиск, який призводить до зупинки реакції (чому це так, пояснює Ле Шательє в аеропорту).
Коли ви виймаєте яйце з оцту через добу (шкіра людини захищена від кислоти: ви можете спокійно захопити яйце голою рукою в 10% домашньому оцті і виловити його. Потім яйце і ретельно промийте під проточною водою !), тверда оболонка зникла. Натомість на поверхні оцту можуть плисти пінисті залишки, які, якщо ви використовуєте коричневе яйце, як я, міститимуть коричневі смужки барвника. Все це нешкідливо і можна просто змити.
Залишилася внутрішня частина сирого яйця, оточена тонкою оксамитовою шкіркою. Яйце тепер еластичне: ви можете (обережно) вдавити його пальцями.
І воно напівпрозоре: ви можете побачити жовтий жовток через зовнішню шкіру або піднести яйце до світла, щоб зробити його видимим у вигляді темної тіні. Також - ви вже могли помітити - яйце більше, ніж було до того, як його купали в оцті!
Як структуровано яйце?
Куряче яйце в основному містить білки, жири та воду. Крім того, є майже всі вітаміни (Link) (лише вітамін С утворюється лише тоді, коли запліднене яйце виводиться) і багато мінералів. Адже яйце призначене для годування курча, що розвивається.
Центром яйця є жовток, він же яєчний жовток, який є основним джерелом їжі для молодого курячого ембріона. Він складається з 16% білків, 32% жирів і 50% води. Решта 2% - це мінерали та вуглеводи. Яєчний жовток створюється в яєчнику кури і, оточений тонкою оболонкою (ця оболонка також утримує жовток на смаженому яйці!), Рухається вниз по матковій трубі після овуляції.
Жовток поступово оточується декількома шарами яєчного білка: Перш за все, товстим шаром, який витікає в градах, які утримують жовток посередині яйця. Потім є два тонкі шари, зовнішній з яких оточений подвійною внутрішньою оболонкою яєчної шкаралупи (оболонка яєчної шкаралупи - це тонка шкірка, яку часто можна окремо відшаровувати на вареному яйці). Яєчний білок служить не тільки другим джерелом їжі для пташеняти, але і амортизатором. Він складається з 87% води і лише 11% білка - інші інгредієнти складають не більше 2%.
Для захисту тонкої оболонки яєчної шкаралупи яйце зовні оточене твердою вапняною шкаралупою. Близько 10 000 пор в шкаралупі дозволяють обмінюватися дуже дрібними молекулами, наприклад киснем і вуглекислим газом, щоб курча, що розвивається, могло "дихати". Тонкий до пластин епідерміс на шкаралупі (кутикула), як і яєчний білок, має відлякуючий мікроби ефект, завдяки чому цілі яйця можуть триматися відносно довго не тільки під куркою, але і при кімнатній температурі.
Що відбувається в оцті?
Оцет, який серед хіміків називають «оцтовою кислотою», є слабкою, але ефективною кислотою. Це означає, що молекули оцту можуть виділяти іони Н +, які поглинаються "основою":
Більш міцною основою, ніж вода, є іон карбонату у вапні (за хіміками карбонат кальцію, CaCO3), завдяки чому оцет набагато легше реагує з вапном в яєчній шкаралупі:
Утворюється вуглекислота (H2CO3), яка швидко розпадається на вуглекислий газ та воду:
Вуглекислий газ збирається в бульбашках газу і піднімається від яєчної шкаралупи до поверхні оцту. Залишились іони кальцію (Ca 2+) та ацетату (H3C-COO -), які разом досить добре розчиняються у воді. Оскільки шкаралупа яєць складається на 90% з вапна, вона повністю розчиняється при взаємодії з оцтом. Решта 10% - включаючи колір коричневих яєць - збираються у вигляді більш-менш рідкого залишку на поверхні оцту.
2. Зморщені яйця
Якщо яйце збільшується без шкаралупи, чи може воно і менше? І як це виникає?
Щоб спробувати вам потрібно
• оголене яйце з експерименту 1
• очищений посудину з експерименту 1
• Глюкозний сироп або солодкий напійний сироп з високим вмістом цукру
• приблизно від 12 до 18 годин
виконання
Помістіть оголене яйце в порожню посудину і залийте його майже до самого краю сиропом. Яйце буде плавати на поверхні.
Тож цього разу повністю закрийте кришку або зважте вільну кришку, щоб яйце було виштовхнуто в рідину. Тоді нехай ціла справа спокійно стоїть протягом ночі.
Що можна дивитись
Якщо ви виловити яйце із сиропу після його нічної ванни і промити його, воно стане помітно м’якшим і податливим. Тож це вже чітко вражає власна вага, коли ви кладете його на плоску поверхню.
Він також зменшився до своїх початкових розмірів, можливо, навіть далі!
Оскільки я використовував темний сироп для напоїв, моє яйце також набуло коричневого кольору сиропу.
Чому яйце зменшується?
Всі речовини складаються з крихітних частинок, які (вище абсолютного нуля) завжди знаходяться в русі. У твердому тілі ці частинки розташовані у нерухомій решітці, але безперервно коливаються вперед-назад у своїх місцях. У рідині чи газі, з іншого боку, частки плавають майже вільно навколо один одного, як люди на жвавій міській площі.
Якщо ви зближуєте дві рідини або гази, їх частинки неминуче спускаються навколо один одного: частинки однієї речовини проникають в другу, а частинки другої речовини в першу. Хіміки (і фізики) називають цей мимовільний рух один одного "дифузією".
Мембрана яєчної шкаралупи тепер є «напівпроникною» шкірою: вона містить крихітні пори, через які можуть проходити лише дуже маленькі молекули, такі як вода (H2O), кисень (O2), азот (N2) та вуглекислий газ (CO2). Більші молекули, такі як молекули цукру (одна молекула столового цукру (сахароза) складається з 45 атомів, виноградний цукор (глюкоза) складається з 24 атомів!) Не може пройти. Якщо така мембрана заважає частинкам, що рухаються двома (або більше) речовинами, лише ті частинки можуть мігрувати в іншу речовину, яку мембрана пропускає через.
Білок в яйці складається з білків - дуже великих молекул - і води, тоді як сироп складається в основному з цукру, тобто більших молекул, і води. Ось як лише молекули води потрапляють через оболонку яєчної шкаралупи: З яйцеклітини, де їх багато (87% звичайного яєчного білка складається з води, в оголеному яйці навіть більше!), Багато мігрують назовні. На відміну від них, дуже мало мігрує з сиропу в яйце, оскільки в сиропі лише кілька молекул води. Яйце залишається все менше і менше води: воно скорочується! Все це працює, доки не залишається однакова кількість води зовні і всередині по відношенню до цукру або білка - адже тоді однакова кількість молекул води завжди мігрує назовні.
Дифузія через напівпроникну мембрану лише в одному напрямку називається «осмосом» і використовується живими клітинами для обміну речовин. Багато клітинних мембран мають багато пор для води, але менше для солі (ів) або іонів. Якщо ми споживаємо дуже велику кількість кухонної солі (їдкий солоний смак зазвичай нам це заважає), так що між клітинами нашого тіла виявляється багато солі, вода в основному мігрує з клітин, так що вони стискаються, як яйце. І це може мати фатальні наслідки, як повідомляє "Репортер хімічних речовин".
Пори в оболонці яєчної шкаралупи також пропускають коричневий барвник у сиропі: Оскільки спочатку молекули барвника були доступні лише зовні в сиропі, деякі з них мігрували в яйце, так що воно виглядає коричневим після купання в сиропі. Це показує, що дифузія насправді відбувається одночасно в обох або всіх напрямках!
3. Яєчний фонтан
Чи може яйце знову вирости? І наскільки більшим він може стати?
Щоб спробувати вам потрібно
• оголене, зморщене яйце з експерименту 2
• очищений посудину з експерименту 2
• Вода з під крану
• можливо харчовий барвник
• 12-18 годин часу
• чашку для яєць і, при необхідності, тарілку, під яку потрібно поставити
• гостра зубочистка або голка
виконання
Наповніть ємність водопровідною водою висотою не менше двох сантиметрів. Якщо ви використовували безбарвний сироп в експерименті 2, тепер ви можете змішати у воді трохи харчового барвника, поки він не стане сильно забарвленим. Потім помістіть зморщене яйце всередину. Яйце тепер щільніше води і само собою опускається на дно посудини.
Нехай яйце сидить у воді ще 12-18 годин. Потім дістаньте його, обережно трохи просушіть і покладіть на чашку для яєць кінчиком вгору. Голкою або зубочисткою вколоти яйце зверху - і стежте за фонтаном!
Що можна дивитись
Під час його дванадцятигодинного купання у водопровідній воді яйце стає принаймні таким великим, як було після експерименту 1, але не значно більшим. Якщо в експерименті 2 ви використовували темний сироп, спочатку безбарвна вода буде злегка забарвлена.
Якщо на останньому етапі ви використовували безбарвний сироп та харчові барвники, яйце набуде свого кольору (справжня писанка!). У будь-якому випадку він знову відчуває себе пухким порівняно із зморщеним станом після експерименту 2.
Якщо енергійно уколоти зведене яйце зверху, рідина, головним чином вода, буде виходити з невеликого фонтану. Тому, якщо у вашій чашці для яєць немає жолоба, підкладіть під неї тарілку!
Якщо ви не боїтеся гу, ви можете розібрати залишки яйця і придивитися уважніше. Мій яєчний жовток сильно зварився після триденних чергувань ванн: щось, що потрапило в яйце - оцтова кислота, невелика кількість алкоголю із сиропу або багато води - мабуть, спричинило згортання білків.
утилізація
Всі три експерименти проводяться виключно з харчовими інгредієнтами (домашній оцет - це не що інше, як концентрований, чистий столовий оцет). Тому будь-які залишки можна змити у каналізацію. Ви можете покласти тверді залишки яйця в органічні відходи. Ретельно вимийте руки після обробки відкритого сирого яйця в експерименті 3!
Осмотичний тиск та його наслідки
Якщо зморщене яйце помістити в чисту воду, напрямок руху просто змінюється за допомогою осмосу: по відношенню до більших молекул води над кригою є набагато більше, ніж усередині. Отже, зараз в яйце мігрує більше молекул води, ніж назовні: яйце знову росте (з цієї причини воно також виросло, коли тверда оболонка розчинилася: вода з розчину оцту мігрувала в нього).
Якщо вода також містить харчовий барвник, молекули барвника, для яких оболонка яєчної шкаралупи також проникна, мігрують в яйце і «забарвлюють» його, як воду.
Постійний приплив молекул води робить його все більш щільним в яйцеклітині: тиск наростає - говорять про осмотичний тиск. Цей тиск може сповільнити подальшу міграцію молекул (якщо в яйцеклітині речі щільно затягнуться, пори мембрани заклинять) або, якщо він вийде з-під контролю, мембрана лопне!
Однак подвійна оболонка яєчної шкаралупи може витримати багато, так що осмотичний тиск уповільнює імміграцію води до того, як мембрана може лопнути. Цей тиск все ще можна відчути: він стягує мембрану так само, як тиск у наповненій кулі стягує шкіру балона. Якщо потім пробити яйце цілеспрямовано, накопичений у ньому тиск дозволяє воді високою дугою вибиватися через отвір.
Клітини тіла людей і тварин менш міцні: наприклад, якщо ви вводите еритроцити в чисту воду, багато молекул води мігрують через клітинні мембрани в них. В результаті накопиченого осмотичного тиску клітини розширюються - у гіршому випадку, поки не лопнуть. І це надзвичайно шкідливо для життя. Ось чому вливання від лікаря завжди містить стільки солі та більших молекул, скільки звичайна плазма крові (рідина крові). Плазма крові створена таким чином, що ні надмірна кількість води не може мігрувати ні в клітини крові, ні з них.
До речі, рослинні клітини краще справляються зі змінами осмотичного тиску: вони мають тверду зовнішню стінку, яка запобігає їх розриву, і всередині власного резервуару для надлишку води. Наприклад, клітини в їх клітинних стінках стискаються, коли рослина спрагне, так що воно виглядає млявим і в’ялим, але не втрачає повністю свою форму. Якщо потім енергійно наливати, вода мігрує в клітини, а також заповнює резервуар (вакуоль), завдяки чому стінки клітин підтримуються, а рослина знову виглядає щільною і свіжою протягом дуже короткого часу.
Бажаю вам багато задоволення експериментувати з "оголеним" яйцем та його осмосичними можливостями - і чудової, креативної та освітньої Великодня!
Ви скопіювали експерименти:
Якщо щось не вийшло або працювало лише частково, напишіть це в коментарях. Я радий допомогти з усуненням неполадок!