Versuch: Diffusion und Osmose anschaulich machen

Wenn Schüler die Konzepte von Diffusion und Osmose verstehen, lassen sich damit unzählige Vorgänge in der Biologie erklären. Außerdem kann man anhand der einzelnen Beispiele die immer wiederkehrenden Muster und Prinzipien des Lebens verdeutlichen, so dass man nach mehreren „Wiederholungen“ vielleicht einen „Aha“-Effekt und echtes, tiefgreifendes Verständnis vermitteln kann.

Es gibt verschiedene Experimente, mit denen man Osmose und Diffusion anschaulich machen kann. Allerdings hatte ich als Anfänger immer wieder das Problem, dass entweder die Versuchsbeschreibung sehr knapp war und ich daher Mühe hatte, das Ganze „zum Laufen“ zu bringen. Oder die „Zutaten“ waren für mich schwer zugänglich (z.B. kein Kongorot in der Biosammlung, wo bekomme ich den Schlüssel für die Chemie her etc.) was den Vorbereitungsaufwand ins Unermessliche wachsen ließ.

Inzwischen habe ich die Versuche durchgeführt und um die angesprochenen Hindernisse aus dem Weg zu räumen, habe ich sie im Folgenden beschrieben. Sie kommen hier fast ausschließlich mit Alltagsmaterialien aus, welche man im Supermarkt kaufen kann.

Diffusion

Man braucht…

• Eine flache Glassschale, Durchmesser ca. 25 cm; ich habe eine runde Schale verwendet, eine rechteckige könnte evtl. noch besser funktionieren.
• Kaliumpermanganat (dient als Farbstoff, wird nur in winziger Menge benötigt). Kaliumpermanganet ist gesundheits- und umweltschädlich und muss daher im Chemieabfall entsogt werden.
• Idealerweise eine Schwanenhalskamera, um die Schale für alle per Beamer projizieren zu können.

Vorgehen

Die Glasschale mit Wasser füllen und möglichst schon vor der Stunde auf das Pult oder einen nicht-fahrbaren Tisch stellen, so dass das Wasser darin völlig zur Ruhe kommt.

Ein paar Körnchen Kaliumpermanganat an einer Stelle der Schale in das Wasser geben, es entsteht an dieser Stelle eine intensive Rotfärbung. — Ich habe die Färbung an einer Seite der Schale durchgeführt, allerdings ergaben sich bei der Diffusion dann Artefakte durch die Rundung der Schale. Möglicherweise wäre es besser, das Kaliumpermanganat in die Mitte der Schale zu geben oder aber eine rechteckige Schalen zu verwenden.

Im Verlauf der Stunde diffundiert die Rotfärbung langsam auseinander. Wichtig ist, die Schale nicht zu bewegen, so dass nur die Diffusion für die Ausbreitung der Färbung verantwortlich ist.

Hat man eine Kamera, kann man die Schale auf einen hellen Untergrund stellen und so das Ergebnis für alle projizieren. Holt man die Schüler dagegen für die Beobachtung nach vorne, ist es wichtig, dass keiner versehentlich an die Schale stößt.

Will man gleich zu Beginn der Stunde die Diffusion besprechen, kann man auch eine Schale vorbereiten und eine zweite als Vorführobjekt während der Stunde beschicken.

Osmose

Man braucht…

• Eine doppelte Osmosekammer inklusive Dichtungsring und Klemme zum Zusammenhalten der beiden Teile.
• Zwei Steigrohre aus Glas (ich habe hier Messpipetten verwendet).
• Zellglas (Einmachpapier), das als selektiv permeable Membran dient. Das Zellglas gibt es nicht in jedem Lebensmittelgeschäft, ich habe es in einem eher kleinen Geschäft bekommen.
• Himbeersirup als gefärbte Zuckerlösung.
• Ein Erlenmeyerkolben und ein Becherglas.
• Wiederum ist eine Schwanenhalskamera ideal, um den Versuch für alle per Beamer projizieren zu können.

Vorgehen

Das Zellglas als selektiv permeable Membran in die Osmosekammer einspannen und eine der beiden Kammern bis zum Rand mit normalem Leitungswasser füllen. Ich habe die ganze Kammer mit einer Klemme an einem Stativ befestigt, um sie standsicherer zu machen.

Das im Erlenmeyerkolben verdünnte Himbeersirup in die zweite Kammer füllen, so dass sie ebenfalls genau bis zum Rand voll ist. Bei unserem Kammermodell kann man zwei Schraubverschlüsse mit Loch anbringen, in welche man dann die Steigrohre einsteckt. Dabei muss man darauf achten, keine Flüssigkeit zu verschütten, so dass nach dem Einstecken der Steigrohre der „Pegelstand“ in beiden Rohren möglichst gleich ist.

Verwendet man Glasrohre mit relativ großem Lumen (ca. 2 mm), ist das Anbringen der Rohre unproblematisch, allerdings dauert es dann länger (in meinem Fall ca. 20 min) bis der Pegelstand in der Siruplösung deutlich steigt.

Verwendet man Steigrohre mit sehr kleinem Lumen, kann man den Versuch „live“ während der Stunde aufbauen und innerhalb von Minuten ein Ansteigen des Pegels in der hypertonischen Lösung erkennen. Allerdings braucht man dann eine geschichkte Hand beim Einstecken der beiden Steigrohre, weil die Flüssigkeit sonst schon beim Einstecken über die gesamte Höhe steigt.