Pronikání molekul jodu přes igelit

Pokus, který jsem nazval Pronikání molekul jodu přes igelit, demonstruje skutečnost, že částice typu atomů a molekul jsou v neustálém pohybu. Některé tyto částice jsou tak malé, že mohou proniknout igelitovou fólií, přestože se nám tato fólie zdá pro látky neproniknutelná. Experiment lze rovněž využít v hodinách biologie při demonstraci polopropustnosti (semipermeabilnosti) membrán. Jod se požívá jako činidlo dokazující přítomnost škrobu, pokus tak může být použit i v učivu sacharidů.

Pokus může demonstrovat učitel před třídou, ale lze jej provádět také v rámci laboratorních cvičení, a to jak na gymnáziu, tak na základní škole. Při laboratorním cvičení pracují žáci ve skupině. Protože je pokus nenáročný, mohou ho vyspělejší žáci provádět i samostatně. Vyzkoušel jsem ho v několika skupinách a u všech se dostavil prokazatelný výsledek.

Postup

1. Do kádinky o objemu 250 ml připravte roztok škrobu. V 10 ml studené vody rozmíchejte lžíci škrobu. Vše nařeďte 100 ml horké vody.

2. Připravte jodovou tinkturu z 10 ml lihu a několika krystalů jodu. (Hotovou jodovou tinkturu lze koupit v lékárně.)

První dva kroky je možné provést v rámci přípravy v laboratoři před vyučovací hodinou, nicméně vzhledem k praktickému využití obou roztoků (škrob - potravinářství, výroba lepidel, praní, jodová tinktura - lékařství) se vyplatí přípravu provést před žáky či s jejich přímou účastí.

1. Do igelitového sáčku vyplněného vodou přikápněte několik kapek jodové tinktury.

2. Igelitový sáček vložte do kádinky s roztokem škrobu.

3. Po 3 - 5 minutách lze pozorovat pronikání zabarvení do roztoku škrobu. Tenké proužky tmavěmodré až černé barvy signalizují, že molekuly jodu interagují s molekulami polysacharidu v kádince.

Vysvětlení pokusu

Pokus dokazuje, že částice hmoty, v našem případě molekuly jodu, jsou v neustálém pohybu. Kdyby tomu tak nebylo, nepronikaly by všemi směry do roztoku škrobu. Přestože se nám zdá, že igelit je prakticky neproniknutelná fólie, ve skutečnosti jsou i v takovém materiálu póry, jimiž mohou dostatečně malé částice pronikat. Na principu polopropustnosti fungují i biologické membrány, jakou je např. cytoplazmatická membrána buněk živých organismů. Na principu polopropustné membrány funguje i umělá dialýza nahrazující funkci ledvin. Koneckonců polopropustnost ledvinových nefronů se uplatňuje i ve zdravých ledvinách.

Otázky

Návrh otázek, kterými si lze u žáků ověřit pochopení pokusu.

1. Proč se jod rozpouští v lihu a ne v lépe dostupné vodě?
2. Proč jod po svém průniku do roztoku škrobu mění barvu?
3. Jak je možné, že jod pronikl skrz nepropustnou fólii?
4. Kde se můžeme s podobným jevem ještě setkat?

Odpovědi

1. Jod je ve vodě nerozpustný. K jeho rozpuštění se zpravidla používá ethanol (vzniká tinktura), nebo se vytváří tzv. Lugolův roztok - jod se rozpustí ve vodném roztoku jodidu draselného.
2. Škrob se skládá ze dvou forem polysacharidů, z amylosy a amylopektinu. Amylosa je tvořena dlouhými nerozvětvenými řetězci, složenými z glukosových zbytků, vzájemně spojených glykosidickými vazbami. Tento řetězec má strukturu šroubovice, do jejíhož nitra lze navázat až 20 % jodu. Tato reakce se projeví přeměnou žlutohnědého roztoku jodu na tmavěmodré až černé zbarvení.
3. Jde o to, že fólie ve skutečnosti není nepropustná, ale pouze polopropustná. Ani prezervativ není úplně nepropustný, naštěstí spermie jsou přes svou malou velikost (ve srovnání třeba s vajíčkem) stále větší než póry v kondomu. Molekuly jodu jsou menší než otvory ve fólii.
4. V podstatě jde o filtraci, jen otvory ve filtru jsou pro nás nepředstavitelně malé, protože jimi neprojdou ani molekuly vody. Na podobném principu funguje třeba filtrace krve v ledvinách (a umělých ledvinách), podobně funguje selekce látek na biologických membránách (v obou uvedených případech ale voda přes "filtr" projde).