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生物實驗

擴散與滲透

半透膜只讓水通過:在 U 型管中看水往溶質濃度高的一側流、液面逐漸升高並趨向平衡,並用凡特荷夫式 Π=i·M·R·T 估滲透壓;切到細胞模式,把動物或植物細胞放進低張/等張/高張溶液,觀察脹大(溶血/膨壓)、不變、皺縮(質壁分離)如何隨「外液相對細胞」的張力而定。
t = 0.00 s

液面高低差對時間(趨向平衡)

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

實驗模式
左室溶質濃度
右室溶質濃度

即時量測

左室溶質濃度
M
右室溶質濃度
M
水流方向
滲透壓差 ΔΠ=i·ΔC·RT
atm
高張側
液面高低差

畫面符號圖例

  • 半透膜:只讓水通過;水由低濃度往高濃度側滲
  • 質壁間隙(外液滲入)=細胞失水皺縮

實驗任務

  1. 預測水流方向:切到「U 型管半透膜」模式。把左室設為 0.60 M、右室設為 0.10 M, 先預測水會往哪一側流、哪一側液面會上升,再按開始驗證。 接著把兩側濃度對調,水流方向是否跟著反轉?記住:水往「溶質濃度較高」的一側移動。
  2. 紅血球的命運:切到「細胞張力」模式,選「動物細胞(紅血球)」。 先把外液調到 0(等於泡在純水裡),觀察細胞脹大甚至溶血;再把外液調到 0.50 M(濃鹽水), 觀察細胞失水皺縮。為什麼同一顆細胞,一次脹破、一次萎縮?「張力」是相對什麼而言的?
  3. 枯萎青菜為何復活:選「植物細胞(有細胞壁)」,把外液調到 0.50 M 讓它質壁分離, 再把外液調回 0.05 M(清水)並重設觀察。說明把枯萎的青菜泡進清水後為什麼會恢復挺立 (提示:清水對植物細胞是低張,水進入細胞產生膨壓)。

模型與假設

水的移動:半透膜只讓「水」通過、溶質不能通過。水往溶質濃度較高(水勢較低)的一側淨移動。
水通量:J ∝ ΔC=(C_高−C_低),為簡化的動力學模型;水移動使兩側體積改變, U 型管中高濃度側液面上升,直到兩側濃度相等、淨通量歸零。
滲透壓:凡特荷夫式 Π=i·M·R·T(i=1、R=0.082 L·atm/mol·K、T=298 K); ΔΠ 為初始濃度差所對應的驅動滲透壓。
張力是相對的:低張/等張/高張都是「外液相對細胞內」的比較——外液較稀(低張)水進入、 細胞脹大(動物細胞可能溶血、植物細胞產生膨壓);外液較濃(高張)水流出、細胞皺縮 (植物細胞為質壁分離);濃度相同(等張)則無淨變化。
假設:膜僅透水、稀薄理想溶液、忽略靜水壓回壓與主動運輸,液面差純由體積重分配呈現。