Коли рослина засихає, коли листя його жовтіють, це означає, що рослинним клітинам не вистачає води. Але кожна клітина укладена в оболонку-мембрану. Яким чином впитанная корінням волога проникає через оболонку в клітку? І що змушує воду рухатися проти сили тяжіння, знизу вгору, від коренів до листя?
Перш ніж отримати відповіді на ці питання, поставимо попередні досліди з мембраною, що нагадує клітинну оболонку.
Якщо два розчини розділені щільною перегородкою, то вони, звичайно, не змішуються. Якщо ж перегородки немає зовсім, то розчини, навпроти, змішуються самі по собі, навіть якщо їх не перемішувати. Ну, а що якщо перегородка напівпроникна?
Ось це і буде предметом досвіду, а напівпроникною мембраною послужить листок пергаменту або целофану (але не поліетилену). Щоб він придбав нас цікавлять властивості, його треба потримати у воді, поки він не розм'якшиться.
Приготуйте цукровий сироп - насичений розчин цукру, настільки густий, що цукор більше не розчиняється. Швидше і зручніше готувати такий розчин у гарячій воді. Налийте сироп доверху в склянку, прикрийте розмоченим листком і туго перев'яжіть. Слідкуйте, щоб під плівкою не залишилося бульбашок повітря. Склянку поставте в банку або в каструлю з водою (вода повинна покривати склянку) і залиште на кілька годин. Коли ви знову подивіться на склянку з сиропом, то відразу помітите, що плівка, якою він закритий, роздулася: над склянкою як би утворився міхур.
Щоб зрозуміти, що сталося, треба насамперед усвідомити собі, що таке напівпроникна мембрана. Це така плівка, яка затримує одні молекули і в той же час пропускає інші. І целофанова, і пергаментний плівки пористі, але пори в них настільки малі, що для молекул цукру вони непроникні. По обидві сторони нашої перегородки є вода, але з тієї сторони, де знаходиться розчин цукру, н a кожен ділянку поверхні припадає менше молекул води. Тому з боку води через мембрану проходить більше молекул, і це призводить до того, що обсяг рідини в склянці збільшується і, отже, напівпроникна плівка роздувається. В природі все прагне до рівноваги, в даному випадку - до вирівнювання концентрації розчинів. І незабаром рівновага наступає: скільки молекул води надходить в склянку з сиропом, стільки ж з нього і виходить у зовнішній посудину. Тому міхур виходить не надто великим.
Фізико-хімічне явище, яке ми тільки що спостерігали, називається осмосом, а тиск, що змушує плівку згинатися, - осмотичним тиском. Щоб спостерігати осмос, обов'язково потрібні перегородка і дві рідини: розчин будь-якої речовини і чистий розчинник (у нас - вода) або хоча б більш слабкий розчин.
Оболонка живих клітин - завжди напівпроникна мембрана. Вона затримує молекули багатьох речовин, розчинених у воді, але пропускає воду. Тому кожна тваринна і рослинна клітина - це мікроскопічна осмотична система, а осмотичний тиск відіграє дуже важливу роль у життєдіяльності організмів.
Осмос можна спостерігати в самих простих дослідах. Гострим ножем відріжте тонкий скибочку лимона і покладіть його на блюдце. Зауважте: соку на поверхні майже немає. Посипте часточку цукровим піском або, ще краще, цукровою пудрою - і дуже скоро лимон пустить сік.
Подібний досвід можна поставити й з полуницею, і з іншими ягодами, поклавши їх в сухі банки. Ягоди, посипані цукром, швидко виділяють сік.
У всіх цих випадках працює осмос. На поверхні лимона або ягід утворюється концентрований розчин цукру, сік, набагато менш концентрований, прагне розбавити цей розчин, що він проникає крізь клітинні мембрани і виходить назовні - точно так само, як у попередньому досвіді вода з банки спрямовувалася в склянку з сиропом.
Наступний наш об'єкт - капуста. Її ми, природно, не будемо посипати цукром, а сіллю. Нашаткуйте капусту ножем, посипте сіллю і гарненько потріть - капуста теж дасть сік. Так і відбувається, коли капусту квасять; а капустяні салати неодмінно радять потерти як слід, щоб виділився сік і капуста стала м'якше і ніжніше. Причина та ж: осмос.
Перейдемо до картоплі. Виріжте з картоплини три кубики, бажано однакових розмірів. Приготуйте три банки. В одну налийте підсолену воду, в іншу - концентрований розчин солі, а в третю-просто воду з-під крана. У кожну банку опустіть по картопляному кубику. Години через два-три уважно розгляньте кубики. У того, який перебував у підсоленій воді, ніяких змін ви не виявите. А от два інших змінилися, і помітно. Той кубик, який лежав у концентрованому розчині солі, набагато зменшився, а той, який ви опустили у воду, став, навпаки, помітно більше.
Спочатку про те, чому не змінився перший кубик. Він був у розведеному розчині, і концентрація солі виявилася приблизно тією ж, що і в самому картопляному соку. Кубик, який перебував у концентрованому розчині, став віддавати воду, знижуючи концентрацію цього розчину; вода з картоплі йшла, і кубик зіщулився. А останній кубик, той, що був у воді, став поглинати воду і збільшився в розмірах.
Від картоплі перейдемо до моркви і змусимо її працювати як насос.
Відріжте від бадилля моркви і в «верхівку» застроміть скляну трубку. Морквину поставте склянку з водою; напевно, ви без праці придумати, як утримати моркву у вертикальному положенні.
У скляну трубку налити до половини розчин солі і займіться спостереженнями. Незабаром рівень води в трубці почне підніматися і, якщо досвід поставлений правильно, вода навіть виллється з трубки. Морква як би перекачує воду з склянки, змушує її рухатися вгору.
Коли ви поливаєте морква, що росте на городі, вона приблизно так само перекачує воду з грунту в бадилля. В її соку концентрація солей вище, ніж в поливної воді, і завдяки осмосу цілющу вологу отримують не тільки коріння, але й всі тканини рослини.
О. Ольгин. "Досліди без вибухів"
М., "Хімія", 1986
