ניסוי שמדגים איך אפשר לגרום לביצה להתנפח או להתכווץ, ומה הקשר בין קרום של ביצה להתפלת מים?

ציוד:

• שתי ביצים
• חומץ
• צנצנת

באמצעותם מכינים 2 ביצים ללא קליפה (הסבר מפורט בקישור)

• שתי קעריות
• מים
• כף
• סוכר

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הערה: להגדלת האפקט מומלץ לשים הרבה מאוד סוכר במים, עד שמגיעים לרמה של 'סירופ' סוכר מעט סמיך.
 

הסבר

הבסיס לכל מה שמתרחש בניסוי היא תופעה כימית שנקראת אוסמוזה. מומלץ לקרוא בהרחבה על התהליך בקישור.

קרומי הביצה, שמקיפים את החלבון ומונעים מביצה לא מבושלת להישפך, אינם אטומים לגמרי אף על פי שהם נראים כך. יש בהם חרירים קטנטנים מאוד, המאפשרים מעבר של מולקולות קטנות כמו מים (מולקולה המורכבת משלושה אטומים), או חמצן (שני אטומים), אבל אינם מאפשרים מעבר של מולקולות גדולות כמו סוכרים (עשרות אטומים) או חלבונים (אלפי אטומים). קרום כזה מכונה קרום חדיר למחצה – כי הוא חדיר עבור חלק מהחומרים, ואטום עבור חומרים אחרים.

כל האטומים והמולקולות נמצאים כל הזמן בתנועה, אפילו בחפצים וחומרים שנראים לנו דוממים לחלוטין. ולכן, אם ניקח כלי, שבמרכזו יש קרום חדיר למחצה, המאפשר מעבר למים בלבד, ונמלא את מחציתו במים טהורים ומחציתו בחלבון ביצה מומס במים, המים משני צידי הקרום ינועו ויעברו מצד לצד. אבל כיוון שבחלק מהזמן, מולקולות החלבון הגדולות ימנעו ממולקולות המים לעבור דרך חררי הקרום – כלומר יהיו פחות התנגשויות ומעברים של מולקולות מים דרך הקרום בצד בו נמצא החלבון, קצב המעבר יהיה מהיר יותר מכיוון המים הטהורים לכיוון חלבון הביצה, כעבור זמן אפשר יהיה לראות שמים עברו בסך הכל לכיוון חלבון הביצה, וגובה פני המים יהיה שם גבוה יותר, כפי שאפשר לראות באיור הבא (הנקודות הכחולות מסמנות מולקולות מים, והצורות הכתומות מולקולות חלבון):

התנועה הזו של מים (ממס) דרך קרום חדיר למחצה נקראת אוסמוזה.

בביצה חסרת קליפה מתרחש בדיוק התהליך הזה. כאשר היא מוכנסת לקערה עם מי ברז, ללא מומסים כמעט, יש תנועה של מים מהביצה לקערה, ומהקערה אל הביצה, אבל בגלל החלבון ושאר החומרים שבביצה, תנועת המים מהקערה אל הביצה גדולה יותר, ובסך הכל נכנסים מים אל הביצה, והיא מתנפחת.

כאשר שמים ביצה בתוך קערה עם תמיסת סוכר מרוכזת מאוד, אזי דווקא מעבר מולקולות המים מהקערה אל הביצה קטן יותר מאשר המעבר ההפוך (כי הסוכר 'מפריע' למים, או מוריד את הסיכוי שמולקולות מים יעברו לתוך הביצה), ובסך הכל מים יוצאים מהביצה והיא מתכווצת.

כללית – קל מאוד לדעת מאין לאן ינועו המים. תנועת המים באוסמוזה היא תמיד מהתמיסה המהולה (המכונה תמיסה "היפוטונית") אל התמיסה המרוכזת, ("היפרטונית").

התנועה נטו של המים תמשיך עד שוויון ריכוזים ("חוק השוואת ריכוזים") של המומסים משני צידי הקרום, או עד לחץ שיעצור את התנועה, כמו למשל קרום הביצה שימנע ממנה להתנפח עוד יותר.

למען הדיוק המדעי, נציין כי קרומי הביצה (וגם קרומי התאים) מעט מתוחכמים יותר ממסננת פשוטה, הם אפילו בררניים (קרום בררני), כלומר מונעים כניסה של חומרים, לא רק על סמך הגודל שלהם, אלא גם על סמך התכונות הכימיות שלהם: הם יכולים גם למנוע כניסה של חומרים קטנים מאוד, כמו מלח בישול המומס במים – שמתפרק ליונים בודדים הבנויים מאטום אחד.

מעניין לציין

השיטה הנפוצה ביותר כיום להתפלת מים נקראת 'אוסמוזה הפוכה'. מדוע היא נקראת ככה? כי בשיטה זו מים מלוחים מועברים דרך קרום בררני בלחץ רב, שגורם לכך שהתנועה האוסמוטית היא הפוכה, כלומר מכיוון המים המלוחים אל המים המטוהרים. כלומר באמצעות לחץ מעבירים את המים המלוחים דרך הקרום ומסננים אותם.