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F1: Betreff: Frage zur Ermittlung des osmotischen Wertes von Zellen bzgl. meiner Facharbeit

Mit Freuden habe ich beim Googlen festgestellt, dass Sie Schülern bei Problemen per Email helfen. Da ich bei meiner Facharbeit auch gerade ein bisschen "hänge", würde ich mich freuen, wenn Sie mir auf meine Frage antworten könnten. Ich hoffe der lange Text schreckt Sie jetzt nicht ab.
Ich besuche die ... des ...-Gymnasiums und mache dort gerade meine Facharbeit in Biologie, mit dem Thema:

"Experimentelle Ermittlung des osmotischen Wertes von Rhoeo-discolor Pflanzen mir Hilfe der Grenzplasmolyse"

Im Prinzip bin ich so gut wie fertig, allerdings habe ich noch ein kleines Problem:

Ich sollte mit dem Salz Ca(NO₃)₂ arbeiten und habe Konzentrationen zwischen 0,05 und 0,2 mol/l gewählt. Die Grenzplasmolyse ist dann eingetreten, wenn 50% der Zellen unter dem Mikroskop plasmolysiert waren. Die Konzentration bei der die Grenzplasmolyse eingetreten ist,habe ich dann einfach dem osmotischen Wert der Zelle gleichgesetzt. Ich frage mich jetzt nur, ob ich das so einfach machen kann. Einmal weil ich bei meiner Recherche gelesen habe, dass der Wert bei der die Grenzplasmolyse eintritt von der verwendeten Lösung abhängt. Also wenn der ganze Versuch mit einer Zuckerlösung oder aber auch mit KNO₃ gemacht wird, tritt die Grenzplasmolyse erst bei einer höheren Konzentration ein, da weniger osmotisch wirksame Teilchen gelöst sind. In dem Zusammenhang wurde dann auch was über einen isotonischen Koeffizienten geschrieben. Über den habe ich aber leider ansonsten in dem Zusammenhang nirgends mehr finden können. Ich finde das zwar einleuchtend, aber wundere mich warum es dann jedesmal einen anderen osmotischen Wert gibt, also ich dachte es gäbe einen osmotischen Wert für die Rhoeo-discolor Pflanzen, der dann aber nicht von den Lösungen abhängt. Oder ist der Unterschied bei den verschiedenen Lösungen so gering, dass man ihn vernachlässigen kann? Als praktische Anwendung gibt es ja z.B die physiologischen Kochsalzlösung als Blutersatz. Um jetzt diese zu Ermitteln könnte ich also nur Angaben über dessen Konzentration in Zusammenhang mit dem Salz machen oder kann ich sagen egal welches Salz dort als Ersatz verwendet wird es kommt nur auf die Konzentration an die dem osmotischen Wert der roten Blutkörper entspricht. (also angenommen es geht nur um den osmotischen Wert der roten Blutkörperchen und um keine anderen Faktoren)
Ich hoffe ich schreibe nicht zu wirr=)
Mein Lehrer hat, als ich ihn das vorsichtig gefragt habe, gemeint, dass das Nitrat nicht osmotisch wirksam ist und es deswegen keinen Unterschied bei Ca(NO₃)₂ und KNO₃ gibt. So habe ich ihn zumindest verstanden, aber ich verstehe nicht ganz, warum Nitrat nicht osmotisch wirksam sein sollte.
Und in dem Zusammenhang noch eine Frage: spielen weiter Faktoren wie Wanddruck oder Wasserpotential konkret bei der Bestimmung des osmotischen Wertes eine Rolle, oder muss ich solche Faktoren nicht mehr mit einbeziehen? Wie gesagt bisher habe ich einfach die Konzentration von Ca(NO₃)₂ bei der die Hälfte der Zellen plasmolysiert waren (bei ~0,15mol/l) dem osmotischen Wert der Zellen gleich gesetzt.
Ich hoffe ich habe mich verständlich ausgedrückt.

Mit einer baldigen Antwort würden Sie mir sehr helfen und ich würde mich sehr freuen. Ich bedanke mich schon im Voraus.

A1: Es geht wirklich ein wenig durcheinander - so ohne Punkt und Komma.

Ein Begriff wie „osmotischer Wert“ ist irreführend, da es sich um den „osmotischen Druck“ handelt. Richtige Erklärungen findet man unter dem zweiten Stichwort.
Der osmotische Druck hängt ab von der Anzahl der unabhängigen Teilchen in Lösung. Deren Zahl („Stoffportion“) wird durch den Molbegriff definiert. Man darf also keinesfalls Grammeinwaagen etwa von Saccharose oder Ca(NO₃)₂ vergleichen.

Leider kommt aber noch hinzu, dass die Teilchen bei gewöhnlichen Konzentrationen (> 0,01 mol/L) nicht mehr unabhängig sind, sondern sich beeinflussen. Man muss deshalb genau genommen Aktivitäten statt molare Konzentrationen verwenden. Das kann zu beträchtlichen Abweichungen führen. Weiter ist zu berücksichtigen, dass sich ein doppelt geladenes Ion wie Ca²⁺ anders verhält als ein einfach geladenes K⁺.

Zu bedenken ist auch, dass sich die Zellmembranen gegenüber geladenen und ungeladenen Teilchen völlig unterschiedlich verhalten. Vor allem sollte man überlegen, dass sich hier auch die eben angesprochenen Ladungsunterschiede der Metall-Kationen (K⁺, Ca²⁺) z. B. auf die Ionengröße (hydratisiert!) auswirken.

Eines verstehe ich aber nicht: Wieso Nitrat nicht osmotisch wirksam sein soll. Kinder zum Beispiel, die nitrathaltiges Wasser trinken, bekommen Durchfall - weil das Nitrat im Darm Wasser aus der Darmwand entzieht, wodurch der Stuhl verflüssigt wird. Es kann aber sein, dass Pflanzen Nitrat aufnehmen. Damit steigt der pflanzliche osmotische Druck.

F2: Ich danke Ihnen für Ihre schnelle Antwort und weiß ihren Zeitaufwand zu schätzen. Leider ist mir immer noch nicht alles klar und bitte Sie deswegen, mir noch einmal zu helfen.

Mein Thema sagt ja, dass ich den osmotischen Wert der Pflanze bestimmen soll, mit Hilfe der Grenzplasmolyse. Das heißt bei meiner praktischen Ausführung ist es meine Aufgabe, die Konzentration an osmotisch wirksamen Teilchen im Zellsaft zu bestimmen. Dabei habe ich die Konzentration der extrazellulären Lösung soweit erhöht, bis sie dem des Zellsaftes entsprach.
Jetzt haben Sie mir ja noch einmal bestätigt, dass verschiedene Konzentrationen bei gelösten Stoffen nicht immer gleich zusetzten sind.
Müsste ich jetzt zum Beispiel den osmotischen Druck berechnen, wird, so wie ich das verstanden habe, dieser Unterschied mit der Konstante i in der van’t Hoffschen Gleichung ausgeglichen:

P = c·R·T·i

Das heißt der Unterschied, der durch die unterschiedlich verwendeten Stoffe zustande kommt, wird durch den Faktor i ausgeglichen und ich würde auf einen einheitlichen osmotischen Druck kommen.

Mein Problem ist jetzt, dass mir genau das, bei der Bestimmung des osmotischen Wertes fehlt. Ich habe bisher einfach den osmotischen Wert der Zelle, der Konzentration, bei der die Grenzplasmolyse eintritt, gleichgesetzt. Das heißt würde ich das gleiche Experiment mit, zum Beispiel einer Zuckerlösung machen, würde die Grenzplasmolyse später eintreten und ich würde behaupten, dass die Anzahl an osmotisch wirksamen Teilchen im Zellsaft, der Konzentration der Zuckerlösung entspricht. Das wäre dann ein anderes Ergebnis, als bei dem gleichen Experiment mit Calciumnitrat. Da ich diese Ergebnisse einfach der Konzentration des Zellsaftes gleichsetzte habe fehlt mir der Faktor, der diesen Unterschied wieder ausgleicht.
Heißt das, ich kann diese Konzentrationsangabe nur in Zusammenhang mit der verwendeten Lösung machen und erst durch das Umrechnen in den osmotischen Druck wird es dann durch den Faktor i vergleichbar und unabhängig davon, welche Lösung verwendet wurde... oder habe ich das alles falsch verstanden.

Ich danke Ihnen für ihre Hilfe und wünsche Ihnen einen schönen Abend.

A2: Der van´t Hoffsche Faktor in der Gleichung P = c·R·T·i bezieht sich auf die Zahl der Teilchen, wenn es zur Dissoziation kommt. So ist beispielsweise

i = 1 bei Saccharose
i = 2 bei NaCl, KNO₃
i = 3 bei Ca(NO₃)₂
(usw.)

(Man hat diese Faktoren auch als willkommene Argumentationshilfe bei der Diskussion um die Existenz von Ionen genutzt.)

Er gilt streng nur für starke Verdünnungen („einmolare Lösungen bei unendlicher Verdünnung“). Man darf also nicht zuviel erwarten... Hier gelten also auch die gleichen Einschränkungen, wie ich sie in der letzten Mail beschrieben habe.

Übrigens halte ich das Thema, das Sie bearbeiten müssen, in höchstem Grade ungeeignet für die Schule - vor allem, weil Sie wohl - was die Betreuung angeht - allein gelassen werden. An der Universität läuft das glücklicherweise nicht so...

717
F: Ich wollte in Chemie meine Facharbeit über die Heilwirkung der Ananas schreiben und wollte fragen, ob sie kostenloses Informationsmaterial zu den Enzymen der Ananas und auch der von Papaya haben. Kennen Sie geeignete Versuche oder wissen Sie, wie man an Fachliteratur kommt? Ich dachte mir als Thema die enzymatische Wirkung der Ananas, also dass ich die Konzentration des Bromelains in verschiedenen Beispielen (reife Ananas, Präperat, Dosenananas etc., )nachweise und dem Mythos auf den Grund gehe, ob das Enzym wirklich beim Abnehmen hilft. Und die Wirkung auf das Enzym unter verschiedenen Bedingen z.b. bei Kälte etc. untersuche. Zur Eiweißspaltenden Wirkung würde ich gerne Versuche mit Gummibärchen oder anderem Eiweiß machen.
Jedoch bin ich nur eine 12-klässlerin mit chemie-Lk, d.h. ich verfüge nur über die üblichen Schulchemikalien und habe auch nur das chemische Basiswissen einer 12-klässlerin.
Können Sie mir weiterhelfen oder haben Sie weitere Anregungen?
Eine Alternative wäre auch eine Facharbeit zu Carotin etc.

A: Sie werden in der Schule kein Enzym isolieren können. Das ist etwas für Profis mit gut ausgestatteten Labors.

An dem von Ihnen beschriebenen Mythos ist schon aus dem folgenden Grund nichts dran: Papain und Bromelain sind zwar Proteasen, aber zugleich auch selber Proteine und werden deshalb im Magen und im Darm rasch verdaut. Das ist für die menschliche Gesundheit schon deshalb wichtig, weil Fremdeiweiße, die in den Körper gelangen, bekanntlich als starke Allergene wirken können.

Mein Vorschlag: Lassen Sie sich ein anderes Thema geben. So eines, das Sie auch wirklich bearbeiten können - z. B. zu den Carotinoiden.

718
F: Ich habe gerade den Hauptteil meiner Facharbeit in Chemie über die chemisch-physikalischen Vorgänge bei der Fleckentfernung aus Textilien abgeschlossen. Dabei habe ich auf die Wirkungsweise von alltäglichen Hausmitteln dargestellt. Bei der Recherche über die Beseitigung von Rotweinflecken mit Speisesalz bin ich auch auf Ihren Tipp des Monats Nr. 77 gestoßen. Darin schreiben Sie, dass "im alkalischen Milieu ... ein Großteil der adsorbierten Rotweinfarbstoffe gelb gefärbt" wird. In Klammern steht noch "chemische Reaktion" geschrieben. Eben diese würde mich interessieren, auch wenn ich gar nicht weiß, ob ich die Erklärung aus platztechnischen Gründen noch in meine Facharbeit schreibe. Aber weil ich mich jetzt schon so lange intensiv mit diesem Thema beschäftigt habe, würde ich es auch einfach so gerne wissen. Spielen die Hydroxidionen eine Rolle? Werden die konjugierten Doppelbindungen der Chromophore im Farbstoff zerstört? Oder ist der Rotweinfarbstoff gar ganz anders aufgebaut?
Ich bin schon sehr gespannt auf Ihre Antwort.

Im Voraus schon einmal vielen Dank für Ihre Bemühungen und sehn Sie sich nicht gezwungen, mir so schnell wie es geht zu antworten, nur weil ich geschrieben habe, dass ich gerade über meiner Facharbeit sitze. Auch nach Facharbeitsabgabe interessiere ich mich immer noch für die Antwort auf meine Frage.

A: Wegen des allgemeinen Interesses haben wir hierzu einen Text für die Rubrik Frage/Antwort gemacht. Lies Frage Nr. 1789.

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F: Ich habe das Facharbeitsthema "Brennstoffzelle" und wollte ihren Versuch zum Betrieb einer Brennstoffzelle mit Glucose und Wasserstoffperoxid in einem U-Rohr dafür nutzen. Allerdings erreichte ich nur eine Spannung von maximal 60 mV und nach ca. 10-15 Minuten drehte sich der Stromfluß sogar noch um, sodass ich eine Spannung von ca. -10 bis -15 mV bei gleichem Anschluss der Elektroden an das Messgerät erhielt (bei Umstecken dementsprechend 10 bis 15 mV). Jetzt stehe ich vor dem Dilemma das in meiner Facharbeit erklären zu müssen. Mein Betreuungslehrer wusste auch nicht woran es liegen könnte.

Ich wäre für eine schnelle Antwort, falls möglich, sehr dankbar, da ich schon in 7 Tagen die fertige Facharbeit abgeben muss

A: Leider geben Sie nicht an, um welche URL es sich handelt. Vielleicht meinen Sie diese: http://www.chemieunterricht.de/dc2/tip/04_01.htm

Es ist für mich schwer, eine Ferndiagnose zu Ihrem Problem zu stellen. Der Versuch geht auf jeden Fall und wurde auch von Studierenden der Umweltwissenschaften im Praktikum erfolgreich durchgeführt.
Zum Umkippen der Stromrichtung: Irgendwann sind die Edukte der Redoxreaktion verbraucht. Lesen Sie selbst die Anmerkung:

“Leider kann der technisch interessante Aspekt von Brennstoffzellen, nämlich dass sie aufgrund ihrer Konstruktion die kontinuierliche Zufuhr der Edukte und die Abfuhr der Reaktionsprodukte erlauben, mit der beschriebenen Versuchsanordnung nicht gezeigt werden.“

Es soll bei diesem Experiment nur auf die Möglichkeit hingewiesen werden, dass anstelle von Wasserstoff auch Alkohole als direkte Reduktionsmittel dienen können - wie es in der Realität der Fall ist.

720
F: Ich habe vor, im Rahmen einer Facharbeit, Oxalsäure zu isolieren (ich wollte nach Ihrer Versuchsanleitung zur Isolierung von Citronensäure vorgehen).

Hierzu kommen bei mir 2 Fragen auf:

1. Weist die Abtrennung des Calciumoxalats aus der Lösung Schwierigkeiten auf? (Ich habe bei www.chemieonline.de einen Artikel gelesen, indem eine Zentrifugation als einzige Möglichkeit beschrieben wird)

2. Reicht es, die Calciumoxalat-Lsg einmal durch den Kationenaustauscher laufen zu lassen? Oder habe ich grundlegend etwas falsch verstanden?

Ich würde mich sehr auf eine Antwort freuen, und möchte Ihnen außerdem nebenbei ein großes Lob für ihren Bildungsserver aussprechen, der mir so viele Anregungen und eine Basis geboten hat als auch viele andere interessante Dinge beinhaltet, die zum langen Stöbern verleiten.

Ich bitte um Ihr Verständnis, sollte es sich bei meinen Fragen um Banalitäten handeln, auf die ich selbst hätte kommen können.

A: Zu 1: Mir ist nicht bekannt, dass es Probleme geben könnte.

Zu 2: Calciumoxalat ist schwerlöslich. Wir arbeiten beim Versuch zur Herstellung der Citronensäure aus ähnlich schwerlöslichem Calciumcitrat nicht mit der Lösung, sondern mit der Festsubstanz. Ich zitiere aus unserer Vorschrift: Du gibst 1 g Calciumcitrat in ein Becherglas und fügst 10 ml Wasser und 10 ml einer Aufschlämmung von regeneriertem, stark sauren Kationenaustauscher hinzu.

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