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Benötigte Materialien:
o 4 Kammern, jeweils zwei sollten so miteinander fest kombiniert werden können, dass Flüssigkeit
zwischen ihnen ausgetauscht und zwischen ihnen Membranen bzw. Filterpapier fest und lückenlos
montiert werden kann.
o 2 Graphitelektroden und zwei Kabel
o 1 Spannungsmesser (Voltmeter)
o Einmachhaut
o Filterpapier
o 500ml Becherglas mit Kaliumchlorid- (KCl-) Lösung der Konzentration 2 Teelöffel pro 300ml Wasser
(Aqua - dest.)
o 500ml Becherglas mit destilliertem Wasser
o Stoppuhr
Versuchsaufbau:
Versuch B
Versuch A:
DestKCl
Wasser
Lösung
Einmachhaut
DestWasser
KCL
Lösung
Filter
Aufgaben:
1. Versuchsdurchführung
Versuch a):
o Klemmen Sie das Filterpapier zwischen 2 Kammern.
o Verbinden Sie zwei Elektroden mit den Spannungsmessgeräten (Voltmeter).
o Stecken Sie die nun die am Voltmeter angeschlossenen Elektroden in die Versuchsapparatur, d.h.
jeweils eine Elektrode in eine Kammer.
o Beim Versuch sollte eine Person die Zeit nehmen und eine andere Person die Änderung der Spannung
ablesen und notieren. Beginnen Sie mit der Messung sofort nach dem Einfüllen der Flüssigkeiten mit
den Messungen (anfangs alle 5sec, nach 20sec alle 20 sec, siehe Tabelle)
o Füllen Sie nun die linke Kammer der Versuchsapparatur zu ¾ mit verdünnter KCl-Lösung und in die
rechte Kammer zu ¾ mit destilliertem Wasser
o Notieren Sie die über einen Zeitraum von 3min auftretende Spannungsänderung in Tabelle 1.
Versuch b):
o Führen Sie nach der Reinigung der Elektroden mit destilliertem Wasser und anschließendem
Abtrocknen das gleiche Experiment mit einer zweiten Versuchsapparatur durch, wobei Sie in diesem
Fall zwischen 2 Kammern Einmachhaut anstatt des Filterpapiers klemmen.
o Tragen Sie die Ergebnisse in Tabelle 2 ein.
o Übertragen Sie nach der Durchführung der Messungen die Ergebnisse von Versuch a) in den Graphen
der Abbildung 1 und die Ergebnisse von Versuch b) in Abbildung 2.
2. Beschreiben Sie die Versuchsergebnisse und erklären Sie die Kurveverläufe unter Berücksichtigung der
Auftretenden Maxima
3. Vergleichen Sie die Versuche mit der Situation an einem Neuron. Welcher Versuch stimmt eher mit der
Situation an der Nervenzelle überein und worin bestehen Übereinstimmungen und Unterschiede?
1
Ergebnisse:
a) Messung der Spannungsänderung bei Verwendung von Filterpapier
Zeit [s]
0
5
10
15
20
40
80
100
120
140
160
180
60
Spannung [mV]
Zeit [s]
Spannung [mV]
Abb. 1: Messung der Spannungsänderung bei Verwendung von Filterpapier
140
Spannung U [mV]
120
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
Zeit t [s]
80
100
120
b) Messung der Spannungsänderung bei Verwendung von Einmachhaut
Zeit [s]
0
5
10
15
20
40
Spannung [mV]
Zeit [s]
Spannung [mV]
80
100
120
140
160
140
60
180
Abb. 2: Messung der Spannungsänderung bei Verwendung von Einmachhaut
140
Spannung U [mV]
120
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
Zeit t [s]
80
100
120
140
Versuchsergebnisse:
a)
In diesem Versuch sind die zwei Kammern durch Filterpapier getrennt. In der linken Kammer befinden
sich neben Wasser K+- und Cl--Ionen. In der rechten Kammer befindet sich nur Wasser. Aufgrund der
zunächst höheren Ionenkonzentration in der Kammer mit der Salzlösung wird ein
Konzentrationsausgleich angestrebt. Die Trennschicht aus Filterpapier ist für alle Ionen durchlässig,
2
zunächst diffundieren jedoch die kleineren, schnelleren Kaliumionen in den Bereich niedrigerer
Konzentration. Dadurch kommt es zu einer Ladungstrennung: in der rechten Kammer überwiegt die
positive Ladung, in der linken die negative, da hier zunächst noch die Chloridionen bleiben. Es hat sich
also zwischen den Kammern eine Potentialdifferenz, eine elektrische Spannung aufgebaut: In der linken
Kammer befindet sich der Minuspol, in der rechten der Pluspol der Spannungsquelle. Durch die
Wanderung der positiv geladenen Kaliumionen wird die Potentialdifferenz größer, die rechte Kammer
wird durch diese Wanderung positiver, die linke dem entsprechend auf grund der höher werdenden
Chloridionenkonzentration negativer, so dass die gemessene Spannung und der Graph steigen.
Allerdings werden durch dieses stärker werdende Spannungsfeld die positiv geladenen Ionen in ihrer
Wanderungsgeschwindigkeit abgebremst, die negativ geladenen dagegen stärker angezogen und ihre
Diffusionsgeschwindigkeit erhöht. Dies erkennt man an einer allmählichen Abnahme der
Spannungsdifferenz: Der Graph durchläuft ein Maximum und fällt anschließend wieder. Allmählich
wird so der Konzentrationsunterschied durch die gegenseitige Diffusion ausgeglichen. Das
Diffusionspotential strebt gegen null, nach einiger Zeit ist kein Spannungsunterschied mehr messbar
und der Graph fällt wiederum auf null.
90
Spannung U [mV]
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
20
40
60
80
Zeit t [s]
100
120
140
Verlauf der Kurve bei Verwendung von Filterpapier
Schema der Ionenverteilung am Ende von Versuch a)
b) Im Wiederholungsexperiment ist mit der Einmachhaut zwischen die beiden Gefäße eine semipermeable
Membran geflanscht, die lediglich durchlässig ist für die kleineren Kationen. Somit können zwar die
Kaliumionen, nicht jedoch die Cl--Ionen durch die Membran diffundieren. Dadurch steigt der
Spannungsunterschied, bis er auf einem nahezu konstanten Wert bleibt, d.h. bis genauso viele
Kaliumionen von links nach rechts wie umgekehrt wandern. Es wird ein nahezu konstantes
Diffusionspotential aufgebaut. Dieses wird auch Membranpotential genannt. Solange die Wanderung
der Kaliumionen noch nicht im Gleichgewicht ist, steigt der Spannungunterschied, danach bleibt er auf
einem dem Maximalwert stehen.
Spannung U [mV]
35
30
25
20
15
10
5
0
0
50
Zeit t [s]
100
150
Verlauf der Kurve bei Verwendung einer semipermeablen Membran Schema der Ionenverteilung am Ende von Versuch b)
c)
Der Modellversuch b) entspricht eher der Situation am Neuron: Die Kammern entsprechen dem
intrazellulären und extrazellulärem Raum, die selektiv permeable Membran der ebenfalls nur für
bestimmte Ionen durchlässigen Neuronmembran. Auch bei der Membran der Nervenzelle gibt es einen
konstanten Potentialunterschied, nämlich das Ruhepotential. In der Zelle ist ebenso wie im Versuch
Wasser das Lösungsmittel. Es gibt allerdings auch einige Unterschiede: In der Zelle sind andere Ionen
beteiligt, nämlich neben anderen vor allem Kalium und Natriumionen. Die künstliche Membran ist
zudem wesentlich einfacher aufgebaut als die Membran eines Neurons. Zudem entsprechen die
Ionenkonzentrationen nicht denen am Neuron.
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