Laboratório virtual de osmose: tiras de batata em açúcar

Este laboratório virtual de osmose segue a prática obrigatória do AQA GCSE sobre osmose em tecido vegetal e a parte da batata da investigação de difusão e osmose do AP Biology. Seis tiras de batata ficam imersas em soluções de açúcar de 0,0 a 1,0 mol/dm³. Os alunos registram as massas inicial e final, calculam a variação percentual da massa, fazem o gráfico dela em função da concentração e leem a concentração em que a massa não muda. Eles saem com uma tabela de resultados completa, um gráfico que cruza o zero com clareza e uma estimativa da concentração do suco celular da batata. Todos os números abaixo foram lidos na simulação.

Alinhamento com o currículo

• AQA GCSE Biology: especificação 4.1.3.2, osmose, e sua prática obrigatória sobre o efeito de uma série de concentrações de soluções de sal ou de açúcar na massa de um tecido vegetal.
• AP Biology: Unidade 2 (Cell Structure and Function), tópico 2.8, tonicidade e osmorregulação (ENE-2), e a investigação de difusão e osmose do AP. A extensão abaixo acrescenta o cálculo de potencial hídrico do AP.
• O Simulic não é afiliado ao College Board nem à AQA, nem endossado por eles.

Antes do laboratório (5 min)

Pergunte: "Tiras de batata ficam imersas em soluções de açúcar de 0,0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 e 1,0 mol/dm³. Quais tiras vão ganhar massa?" Os alunos escolhem as seis, só 0,0 e 0,2, só 0,8 e 1,0, ou nenhuma, e dão um motivo. Num link de turma, esta é a pergunta 1; a simulação é liberada depois que eles respondem.

Método na simulação

1. Escolha Experimento com tiras de batata no menu Modo abaixo da simulação.
2. Confira os controles: Temperatura 25 °C, Suco celular 0,30 mol/dm³, Largura da tira 5 mm. Esses são os padrões.
3. Clique em Reiniciar. As tiras ficam imersas a 5 minutos por segundo até "180 min de imersão", cerca de 36 segundos. A tabela vai se preenchendo durante a imersão.
4. Copie para a sua tabela a massa inicial e a massa final ("Massa atual") de cada béquer.
5. Calcule a variação percentual da massa = (massa final − massa inicial) ÷ massa inicial × 100. Confira sua resposta com a coluna Variação.
6. Toque em cada béquer e registre o estado das células: túrgidas, flácidas ou plasmolisadas.
7. Faça o gráfico da variação percentual da massa em função da concentração de açúcar e leia onde a linha cruza o zero.
8. Clique em Reiniciar para uma segunda rodada. As massas mudam um pouco a cada rodada, porque a simulação acrescenta pequenos erros de pesagem. Tire a média das duas rodadas.

Açúcar (mol/dm³)	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Massa inicial (g)
Massa final (g)
Variação da massa (%)
Células

Resultados esperados

Cada tira começa com cerca de 1,3–1,4 g. Uma rodada de teste deu:

Açúcar (mol/dm³)	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Inicial → final (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
Variação (%)	+13,5	+6,5	−3,8	−9,0	−14,1	−17,2
Células	túrgidas	túrgidas	flácidas	plasmolisadas	plasmolisadas	plasmolisadas

Os valores médios sem erros de pesagem são +13,1, +5,8, −4,0, −9,9, −14,1 e −17,1 %. A curva não é uma reta: ela se achata nas duas pontas. A parede celular impede que as células túrgidas inchem muito mais, e as células plasmolisadas têm cada vez menos água para perder.

A linha cruza o zero em cerca de 0,32 mol/dm³: de 0,31 a 0,33 nas nossas rodadas, e quase sempre entre 0,30 e 0,34. Nessa concentração não há osmose líquida, então ela estima a concentração do suco celular da batata. O controle Suco celular está em 0,30, então os alunos podem conferir o quanto a estimativa deles chegou perto.

Perguntas para os alunos

1. Previsão: quais tiras vão ganhar massa?
2. Quais variáveis precisam ser iguais para as seis tiras?
3. Configurações padrão, 180 min. Calcule a variação percentual da massa da tira em 1,0 mol/dm³.
4. Em que concentração de açúcar o seu gráfico cruza o zero?
5. Por que comparamos a variação percentual da massa e não a variação da massa?

Respostas para o professor:

1. Só as tiras em 0,0 e 0,2 mol/dm³.
2. A largura da tira, o tempo de imersão e a temperatura.
3. Cerca de −17 % (aceito de −20 % a −14,5 %).
4. Cerca de 0,32 mol/dm³ (aceito de 0,27 a 0,37).
5. As tiras começam com massas diferentes, então as porcentagens permitem compará-las de forma justa.

Erros conceituais comuns

• "O açúcar entra na batata." A membrana retém o açúcar. Só a água se move, por osmose.
• "A água vai para onde há mais água." A água vai de uma solução diluída (maior potencial hídrico) para uma mais concentrada.
• "Células vegetais estouram em água pura." A parede celular impede isso. As células ficam túrgidas, e o ganho se estabiliza.

Extensão

• Potencial hídrico (AP). Use o cruzamento com o zero como concentração do suco celular e calcule o potencial de soluto ψs = −iCRT, com i = 1, R = 0,0831 L·bar/(mol·K) e T = 298 K. Para 0,32 mol/dm³: ψs = −(1)(0,32)(0,0831)(298) ≈ −7,9 bar. Nesse ponto, o potencial hídrico das células é igual ao da solução.
• Velocidade da osmose. Ajuste a Largura da tira em 10 mm e repita. A constante de tempo sobe de τ ≈ 20 min para τ ≈ 80 min, e depois de 180 min a tira em 1,0 mol/dm³ variou só cerca de −15 %. Pergunte por que tiras mais grossas demoram mais para chegar a uma massa estável.

Perguntas frequentes

Por que cada rodada dá massas um pouco diferentes?

A simulação acrescenta pequenos erros de pesagem e dá a cada tira uma massa inicial um pouco diferente, como num laboratório real. Por isso o conjunto de perguntas aceita uma faixa, e por isso vale a pena fazer duas rodadas e uma média.

Os alunos podem descobrir uma concentração desconhecida de suco celular?

Em parte. Você pode definir outro valor de suco celular nos valores iniciais do link da turma, por exemplo 0,26 mol/dm³. Mas o controle Suco celular continua mostrando o valor na simulação, então trate isso como uma conferência, não como um segredo.

Também há um modelo de membrana?

Sim. A mesma simulação tem os modos Difusão através de uma membrana e Osmose da água, que mostram as partículas. Eles funcionam bem como uma introdução curta antes das tiras de batata.

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