본문내용
1. 서론
1.1. 감자 세포의 삼투압 실험
감자 세포의 삼투압을 측정하기 위해 다양한 농도의 설탕 용액을 만들어 실험을 진행하였다. 우선 부피 플라스크에 설탕 171g을 넣고 증류수를 부어 전체 부피가 500ml가 되는 1M의 설탕 용액을 준비하였다. 이후 5개의 시험관에 0.20M, 0.25M, 0.30M, 0.35M, 0.40M의 설탕 용액을 각각 20ml씩 담아 실험에 활용하였다.
감자 조각을 코르크 보러로 잘라 페트리 접시에 담고 알루미늄 호일로 감싸 공기 중 노출을 최소화하였다. 이렇게 준비한 감자 조각을 각 농도의 설탕 용액이 담긴 시험관에 넣고 1시간이 지난 후 감자 조각의 무게 변화를 측정하였다. 측정 결과 무게가 가장 적게 변화한 것은 0.20M 용액에 담긴 감자 조각이었다. 이를 통해 감자 세포의 농도, 즉 삼투압이 0.20M 농도와 가장 유사한 것으로 파악하였다.
감자 세포의 삼투압을 계산하기 위해 반트호프 방정식 P=CRT를 활용하였다. 0.20M 농도에서 무게 변화가 가장 적었으므로 이 값을 대입하였다. 여기서 C는 0.20M, R은 기체상수 0.082atm·L/mol·K, T는 감자 조각을 넣기 전 평균온도인 23.6°C에 273을 더한 절대온도 296.6K를 사용하였다. 계산 결과 감자 세포의 삼투압은 4.8642atm인 것으로 나타났다.
이 실험에서는 감자를 손으로 직접 만지지 않도록 하여 염분에 의한 오차를 최소화하고자 하였다. 또한 감자 조각이 공기 중에 노출되는 시간을 줄이기 위해 호일로 감싸는 등 여러 가지 방법으로 정확한 농도 측정을 위해 노력하였다.
한편 이번 실험에서는 감자를 넣은 후 용액의 농도 변화를 직접 측정하지는 않았다. 그러나 감자 조각의 무게가 모두 감소한 것으로 보아 용액의 농도가 감소했을 것으로 예상할 수 있다. 만약 저장액에 감자 세포를 넣었다면 용액에서 감자 세포 쪽으로 물이 유입되어 용액의 농도가 증가했을 것이며, 등장액에 넣었다면 농도 변화가 없었을 것이다.
이번 실험에서는 비전해질인 설탕 용액을 사용하였지만, 전해질 용액인 소금물을 사용하였다면 결과가 달라졌을 것이다. 전해질 용액의 경우 이온화로 인해 입자 수가 증가하므로 삼투압이 더 크게 측정되기 때문이다. 따라서 추후 연구에서는 전해질 용액을 사용하여 삼투압 변화를 관찰해볼 필요가 있다.
1.2. 삼투현상의 이해
삼투현상이란 반투과성 막을 경계로 농도가 다른 두 용액이 있을 때 물의 농도 기울기에 따라 저농도에서 고농도로 물 분자가 이동하는 현상이다. 이는 고농도에서 저농도로 물질이 이동하는 확산과 달리 삼투 역시 농도 차를 없애기 위한 물의 확산이라고 할 수 있으며, 에너지를 소비하지 않는다. 삼투현상은 용질이 단일 종류인지 다수 종류인지와 관계없이 전체 용질의 농도에 의해 결정되며 용질의 특성과는 무관하다. 삼투현상의 대표적인 예로는 식물의 뿌리에서 물을 흡수하는 현상, 세뇨관에서 모세 혈관으로 물이 재흡수 되는 현상, 배추를 소금물에 담가 두면 배추의 숨이 죽는 현상 등이 있다. 반투과성 막은 세포막, 셀로판 막, 달걀 속 껍질 등과 같이 물과 같은 용매는 투과시키지만 용질은 특성에 따라 투과시키지 않는 막으로, 미세한 구멍이 뚫려있다. 용액 속 입자 중에서 막의 구멍보다 크기가 작은 물질만 반투과성 막을 투과할 수 있다. []
Animal 세포(적혈구)에서의 삼투현상을 보면, 저장액에 넣었을 경우 수용액의 삼투압이 세포질보다 낮아져 삼투에 의해 물이 적혈구 안으로 들어가 부풀어 오른다. 이때 동물 세포는 세포벽이 없기 때문에 물이 계속 들어오면 세포막이 지탱할 수 없게 되고 결국 세포막이 터지는 용혈 현상이 일어난다. 등장액에 넣었을 경우 수용액의 삼투압이 세포질과 같아져 물의 이동이 균형을 이루기 때문에 아무런 변화가 일어나지 않고 정상 상태를 유지한다. 고장액에 넣었을 경우 수용액의 삼투압이 세포질보다 높아져 삼투에 의해 적혈구 속의 물이 바깥쪽으로 빠져 나와 세포가 쭈그러든다. [
1.3. 실험의 목적
삼투압 실험의 목적은 삼투현상을 이용하여 감자 세포의 농도(삼투압)를 알아내는 것이다. 감자 세포의 수분량과 삼투압은 식물의 생존과 성장에 매우 중요한 요소이기 때문에, 이번 실험을 통해 감자 세포의 삼투압을 정확하게 측정하고자 한다. 또한 반투과성 막을 통한 삼투 메커니즘을 이해하고, 전해질 용액과 비전해질 용액에서의 삼투압 차이를 비교함으로써 삼투현상에 대한 전반적인 이해를 높이고자 한다.
2. 실험 이론 및 원리
2.1. 삼투현상
삼투현상은 반투과성 막을 경계로 농도가 다른 두 용액이 있을 때 물의 농도 기울기에 따라 저농도에서 고농도로 물 분자가 이동하는 현상이다. 이는 용질의 농도 차이에 의해 결정되며 용질의 특성과는 무관하다. 삼투현상은 식물의 뿌리에서 물을 흡수하는 현상, 세뇨관에서 모세혈관으로 물이 재흡수되는 현상, 배추를 소금물에 담그면...
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