Osmose im virtuellen Labor: Versuch mit Kartoffelstäbchen

Q: Gibt es auch ein Membranmodell?

Ja. Dieselbe Simulation hat die Modi Diffusion durch eine Membran und Osmose von Wasser, die die Teilchen zeigen. Sie eignen sich gut als kurze Einführung vor den Kartoffelstäbchen.

Aktualisiert am 2026-10-06

Dieses Material zeigt Osmose im virtuellen Labor und folgt dem Pflichtversuch (required practical) von AQA GCSE zur Osmose in Pflanzengewebe sowie dem Kartoffelteil der AP-Biology-Untersuchung zu Diffusion und Osmose. Sechs Kartoffelstäbchen liegen in Zuckerlösungen von 0,0 bis 1,0 mol/dm³. Die Lernenden notieren Anfangs- und Endmasse, berechnen die prozentuale Massenänderung, tragen sie gegen die Konzentration auf und lesen die Konzentration ab, bei der sich die Masse nicht ändert. Am Ende haben sie eine vollständige Ergebnistabelle, ein Diagramm mit einem klaren Nulldurchgang und eine Schätzung der Konzentration des Kartoffelzellsafts. Jede Zahl unten wurde in der Simulation abgelesen.

Diffusion und Osmose – Membranmodell und Versuch mit Kartoffelstäbchen

Lehrplanbezug

AQA GCSE Biology: Spezifikation 4.1.3.2, Osmose, und der zugehörige Pflichtversuch zum Einfluss verschieden konzentrierter Salz- oder Zuckerlösungen auf die Masse von Pflanzengewebe.
AP Biology: Unit 2 (Cell Structure and Function), Thema 2.8, Tonizität und Osmoregulation (ENE-2), und die AP-Untersuchung zu Diffusion und Osmose. Die Erweiterung unten ergänzt die AP-Berechnung des Wasserpotenzials.
Simulic ist weder mit dem College Board noch mit AQA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

In Deutschland passt der Kartoffelversuch zu Osmose und Plasmolyse in der Sekundarstufe I und in der Oberstufe.

Vor dem Experiment (5 min)

Fragen Sie: „Kartoffelstäbchen liegen in Zuckerlösungen mit 0,0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 und 1,0 mol/dm³. Welche Stäbchen nehmen an Masse zu?“ Die Lernenden wählen alle sechs, nur 0,0 und 0,2, nur 0,8 und 1,0 oder keines und nennen einen Grund. Auf einem Klassenlink ist das Frage 1; die Simulation wird freigegeben, sobald sie geantwortet haben.

Durchführung in der Simulation

Wählen Sie im Modus-Menü unter der Simulation Versuch mit Kartoffelstäbchen.
Prüfen Sie die Regler: Temperatur 25 °C, Zellsaft 0,30 mol/dm³, Stäbchenbreite 5 mm. Das sind die Standardwerte.
Klicken Sie auf Zurücksetzen. Die Stäbchen liegen mit 5 Minuten pro Sekunde in der Lösung, bis „180 min eingelegt“ erscheint, also etwa 36 Sekunden. Die Tabelle füllt sich währenddessen.
Übertragen Sie für jedes Becherglas die Anfangsmasse und die Endmasse („Masse jetzt“) in Ihre Tabelle.
Berechnen Sie die Massenänderung in % = (Endmasse − Anfangsmasse) ÷ Anfangsmasse × 100. Vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit der Spalte Änderung.
Tippen Sie jedes Becherglas an und notieren Sie den Zustand der Zellen: turgeszent, schlaff oder plasmolysiert.
Tragen Sie die Massenänderung in % gegen die Zuckerkonzentration auf und lesen Sie ab, wo die Linie die Null schneidet.
Klicken Sie für einen zweiten Durchgang auf Zurücksetzen. Die Massen ändern sich bei jedem Durchgang etwas, weil die Simulation kleine Wägefehler hinzufügt. Bilden Sie den Mittelwert der beiden Durchgänge.

Zucker (mol/dm³)	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Anfangsmasse (g)
Endmasse (g)
Massenänderung (%)
Zellen

Erwartete Ergebnisse

Jedes Stäbchen wiegt zu Beginn etwa 1,3–1,4 g. Ein Testdurchgang ergab:

Zucker (mol/dm³)	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Anfang → Ende (g)	1,33 → 1,51	1,38 → 1,47	1,33 → 1,28	1,33 → 1,21	1,35 → 1,16	1,34 → 1,11
Änderung (%)	+13,5	+6,5	−3,8	−9,0	−14,1	−17,2
Zellen	turgeszent	turgeszent	schlaff	plasmolysiert	plasmolysiert	plasmolysiert

Die Mittelwerte ohne Wägefehler sind +13,1, +5,8, −4,0, −9,9, −14,1 und −17,1 %. Die Kurve ist keine Gerade: Sie flacht an beiden Enden ab. Die Zellwand verhindert, dass turgeszente Zellen noch viel weiter anschwellen, und plasmolysierte Zellen haben immer weniger Wasser, das sie verlieren können.

Die Linie schneidet die Null bei etwa 0,32 mol/dm³: 0,31 bis 0,33 in unseren Durchgängen und fast immer zwischen 0,30 und 0,34. Bei dieser Konzentration findet keine Netto-Osmose statt, daher ist sie eine Schätzung für die Konzentration des Kartoffelzellsafts. Der Regler Zellsaft steht auf 0,30, so können die Lernenden prüfen, wie nah ihre Schätzung liegt.

Fragen für die Lernenden

Vorhersage: Welche Stäbchen nehmen an Masse zu?
Welche Variablen müssen für alle sechs Stäbchen gleich sein?
Standardeinstellungen, 180 min. Berechnen Sie die Massenänderung in % des Stäbchens in 1,0 mol/dm³.
Bei welcher Zuckerkonzentration schneidet Ihr Diagramm die Null?
Warum vergleichen wir die prozentuale Massenänderung statt der Massenänderung?

Antworten für Lehrkräfte:

Nur die Stäbchen in 0,0 und 0,2 mol/dm³.
Stäbchenbreite, Einlegezeit und Temperatur.
Etwa −17 % (akzeptiert von −20 % bis −14,5 %).
Etwa 0,32 mol/dm³ (akzeptiert von 0,27 bis 0,37).
Die Stäbchen haben unterschiedliche Anfangsmassen, Prozentwerte vergleichen sie also fair.

Häufige Fehlvorstellungen

„Zucker wandert in die Kartoffel.“ Die Membran hält den Zucker zurück. Nur Wasser bewegt sich, durch Osmose.
„Wasser bewegt sich dorthin, wo mehr Wasser ist.“ Wasser bewegt sich von einer verdünnten Lösung (höheres Wasserpotenzial) zu einer konzentrierteren.
„Pflanzenzellen platzen in reinem Wasser.“ Die Zellwand verhindert das. Die Zellen werden turgeszent, und die Zunahme flacht ab.

Erweiterung

Wasserpotenzial (AP). Nutzen Sie den Nulldurchgang als Zellsaftkonzentration und berechnen Sie das osmotische Potenzial ψs = −iCRT, mit i = 1, R = 0,0831 L·bar/(mol·K) und T = 298 K. Für 0,32 mol/dm³: ψs = −(1)(0,32)(0,0831)(298) ≈ −7,9 bar. An diesem Punkt ist das Wasserpotenzial der Zellen gleich dem der Lösung.
Geschwindigkeit der Osmose. Stellen Sie die Stäbchenbreite auf 10 mm und wiederholen Sie den Versuch. Die Zeitkonstante steigt von τ ≈ 20 min auf τ ≈ 80 min, und nach 180 min hat sich das Stäbchen in 1,0 mol/dm³ nur um etwa −15 % verändert. Fragen Sie, warum dickere Stäbchen länger brauchen, bis ihre Masse konstant ist.

Häufige Fragen

Warum ergibt jeder Durchgang etwas andere Massen?

Die Simulation fügt kleine Wägefehler hinzu und gibt jedem Stäbchen eine etwas andere Anfangsmasse, wie im echten Labor. Deshalb akzeptiert das Fragenset einen Bereich, und deshalb lohnen sich zwei Durchgänge und ein Mittelwert.

Können die Lernenden eine unbekannte Zellsaftkonzentration bestimmen?

Teilweise. Sie können in den Startwerten Ihres Klassenlinks einen anderen Zellsaftwert festlegen, zum Beispiel 0,26 mol/dm³. Der Regler Zellsaft zeigt den Wert in der Simulation aber trotzdem an, behandeln Sie ihn also als Kontrolle, nicht als Geheimnis.

Gibt es auch ein Membranmodell?

Ja. Dieselbe Simulation hat die Modi Diffusion durch eine Membran und Osmose von Wasser, die die Teilchen zeigen. Sie eignen sich gut als kurze Einführung vor den Kartoffelstäbchen.