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(2) In future presentations of the research findings, in addition to the course project website and public presentations, your real name and personal information will not appear in this research report. If you are interested in the research results, we can provide you with an executive summary after the study is completed.
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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。