Free Press

Ponořme se do studia života a živých organismů s novou sadou biologických experimentů pro děti! Všechny je snadno a jednoduše provedete doma nebo ve třídě a všechny jsou na bázi kapalin nebo vody, takže pravděpodobně budete mít po ruce vše, co k realizaci těchto vědeckých projektů potřebujete. Budeme se zabývat osmózou, chromatografií, homogenizací, transpirací, kapilárním dějem a vypařováním.

Související:

Osmóza gumových medvídků

„Rozpuštěná látka“ je obecný pojem, který označuje molekulu rozpuštěnou v roztoku. Například v roztoku slané vody jsou rozpuštěnými látkami molekuly soli. Čím více soli do roztoku dáme, tím více zvýšíme koncentraci rozpuštěných látek.

Voda se pohybuje z oblasti s nižší koncentrací rozpuštěných látek do oblasti s vyšší koncentrací rozpuštěných látek. Tento pohyb molekul vody se nazývá „osmóza“. Abychom prozkoumali proces osmózy a pozorovali, jak funguje, můžeme se podívat, co se stane s gumovými medvídky, když je necháme přes noc namočené v různých roztocích.

Co budete potřebovat:

• Dvě nádoby, například misky, hrnky nebo sklenice
• Měřící kelímek
• Gumoví medvídci
• Sůl
• Voda
• Pravítko

Návod

1. Do každé ze dvou prázdných nádob přidejte ½ šálku vody. Do jedné z nádob přidej 1 lžičku soli a dobře promíchej.

1. Do každé nádoby vhoď gumového medvídka a nech ho tam 8 hodin nebo přes noc.

1. Sleduj, co se s každým gumovým medvídkem stalo. Porovnejte gumové medvídky mezi sebou a také s gumovým medvídkem, který nebyl ponechán přes noc namočený.

Co se děje?

Koncentrace rozpuštěných látek uvnitř gumového medvídka je vyšší než koncentrace rozpuštěných látek v čisté vodě. V důsledku toho v našem pokusu voda natekla do gumového medvídka, což způsobilo jeho nabobtnání, a proto gumový medvídek přes noc narostl.

To samé platí pro gumového medvídka umístěného do roztoku slané vody. Rozdíl v koncentraci rozpuštěných látek však nebyl tak velký, takže do gumového medvídka nateklo méně vody. Jinými slovy, k vyrovnání koncentrace rozpuštěných látek uvnitř a vně gumového medvídka bylo zapotřebí méně vody. Gumový medvídek v roztoku slané vody tedy rostl méně než medvídek v roztoku čisté vody.

Můžeš experimentovat s různými koncentracemi rozpuštěných látek, abys zjistil, jak to ovlivní výsledek. Co se stane, když do noční vodní lázně přidáte dvakrát více soli? Existuje nějaké množství soli, které lze přidat, aby gumový medvídek zůstal stejně velký?“

Zkoumání chromatografie

Chromatografie je technika používaná k oddělení složek směsi. Tato technika využívá dvě fáze – mobilní fázi a stacionární fázi. Existuje několik typů chromatografie, ale v tomto experimentu se budeme zabývat papírovou chromatografií.

Při papírové chromatografii je stacionární fází filtrační papír. Mobilní fáze je kapalné rozpouštědlo, které se pohybuje po filtračním papíru. Při tomto experimentu budeme používat značkovací inkoust, abychom prozkoumali, jak chromatografie funguje.

Co budete potřebovat:

• Tři průhledné nádoby, například sklenice na pití nebo zavařovací sklenice
• Kávové filtry
• Líh na potírání
• Zeleninový olej
• Voda
• Marker rozpustný ve vodě, jakákoli barva
• Ostrý fix, jakákoli barva
• Pravítko
• Tužka

Pokyny

1. Jednu nádobu označte písmenem „A“, druhou nádobu písmenem „W“ a třetí nádobu písmenem „O“.“ Dno nádoby s písmenem „A“ naplňte lihem, nádobu s písmenem „W“ vodou a nádobu s písmenem „O“ rostlinným olejem. Ujistěte se, že kapalina v každé nádobě vystupuje nejvýše ½ palce ode dna.

1. Vyjměte tři kávové filtry a odměřte 1 palec ode dna. Toto místo označte nakreslením čáry tužkou. Pomocí ve vodě rozpustné fixy udělejte na této čáře jednu tečku. Totéž proveďte fixem Sharpie.

1. Vložte do každé nádoby jeden kávový filtr tak, aby dno kávového filtru bylo ponořeno do rozpouštědla, ale aby se rozpouštědlo NEDOTÝKALO teček inkoustového fixu. Rozpouštědlo se bude pohybovat nahoru po kávovém filtru a kolem teček. Sledujte, co se s tečkami děje, když se přes ně rozpouštědlo pohybuje.

Co se děje?“

Podobné se rozpouští podobně, takže látky budou interagovat s rozpouštědly, která jsou jim podobná. Ve vodě rozpustný značkovací inkoust je polární, takže bude interagovat s polárními mobilními fázemi, jako je voda a alkohol. Když se po něm bude pohybovat nepolární rozpouštědlo, jako je rostlinný olej, nebude s ním interagovat, a proto se nebude pohybovat.

Tiskařský inkoust je „permanentní“ v tom smyslu, že ho nelze smýt vodou. Není rozpustný ve vodě. Když se však po něm pohybuje alkohol, vidíme, že s ním inkoust Sharpie interaguje. Je to proto, že inkoust Sharpie obsahuje alkoholy. Podle zásady „podobné se rozpouští podobně“ interaguje s třecím alkoholem.

Použití kravatového mléka k pozorování homogenizace

Molekuly v roztoku mají tendenci agregovat s jinými molekulami, které jsou podobně nabité. Například molekuly tuku se shlukují s jinými molekulami tuku. Mléko se skládá z různých typů molekul, včetně tuku, vody a bílkovin. Aby se tyto molekuly zcela neoddělily a nevytvořily vrstvy, prochází mléko procesem zvaným homogenizace.

I po homogenizaci se však molekuly tuku volně plovoucí v roztoku spojí, když mléko necháme nerušeně stát. K vizualizaci tohoto procesu a toho, co se stane, když se tyto molekuly rozptýlí, můžeme použít potravinářské barvivo a mýdlo na nádobí.

Co budete potřebovat:

• Plnotučné mléko
• Mýdlo na nádobí
• 1 malou misku
• Bavlněné tampony

Návod

1. Nalijte trochu mléka do malé misky. Nepotřebujete k tomu mnoho mléka, jen tolik, abyste naplnili dno misky. Než přejdete ke kroku 2, nechte mléko usadit, aby byl jeho povrch klidný.

1. Přidejte na povrch mléka kapku potravinářského barviva.

1. Namočte vatový tampon do mýdla na nádobí a dotkněte se jím povrchu mléka, přímo vedle kapky potravinářského barviva. Co se stane s potravinářským barvivem?

Co se děje?

Zkoušel jsi někdy smíchat olej a vodu? Molekuly tuku v oleji, stejně jako ty v mléce, jsou „hydrofobní“, což znamená, že nemají rády blízkost nabitých molekul, jako je voda, a udělají vše pro to, aby se od nich držely dál. Aby toho dosáhly, shlukují se dohromady. Protože molekuly tuku mají menší hustotu než voda, tukové kuličky se vznášejí a tvoří vrstvu nad vodou. V našem pokusu jsme do této vrstvy tukových kuliček přidali potravinářské barvivo.

Mýdlo na nádobí je mycí prostředek. Molekuly detergentu mají hydrofobní konec a hydrofilní konec. Díky tomu jsou schopny vytvořit můstek mezi molekulami tuku a molekulami vody, což způsobí, že se tukové kuličky rozpadnou a rozptýlí. Když přidáme mýdlo na nádobí, vidíme, jak se shluky tuku rozptylují, nesou s sebou potravinářské barvivo a výsledkem je krásný barevný vzor. Výsledek je dramatičtější, pokud přidáme několik kapek potravinářského barviva a zahrneme do něj různé barvy.

Způsob, jakým se voda pohybuje kapilární cestou

Papírové utěrky jsou navrženy tak, aby rychle zachytily rozlité tekutiny a pohltily velké množství tekutiny jen s několika listy. Čím to však je, že jsou papírové ručníky tak savé? Odpovědí je částečně kapilární působení.

V tomto experimentu budeme pozorovat, jak kapilární působení funguje, aby byly papírové ručníky účinné. Použijeme pouze papírové ručníky a principy, kterými se řídí kapilární působení, a přimějeme vodu cestovat z jedné nádoby do druhé.

Co budeš potřebovat:

• 3 nádoby (kelímky nebo sklenice)
• Vodu
• Papírové utěrky
• Potravinové barvivo

Návod

1. Sestav tři nádoby. Dvě nádoby na obou koncích naplňte asi do ¾ vodou. Do každé z nádob přidejte několik kapek potravinářského barviva. Jakou barvu použijete, záleží na vás, ale efekt bude nejlepší, když se obě barvy spojí a vytvoří třetí barvu. (Například – žlutá a modrá vytvoří zelenou.)

1. Papírovou utěrku přelož podélně na 4 díly. Jeden konec přeložené papírové utěrky vložte do jedné z nádob naplněných barevnou vodou (ujistěte se, že je konec ponořen do vody) a druhý konec nechte viset v prázdné nádobě. Postup opakujte s použitím druhé papírové utěrky a zbývající naplněné nádoby.

1. Nechte nádoby čtyři hodiny stát. Zkontrolujte je po 1 hodině, 2 hodinách a 4 hodinách. Co vidíte?

Co se děje?

Papírové utěrky jsou vysoce porézní. Tyto póry fungují jako malé trubičky neboli kapiláry, které nasávají vodu. To umožňují dvě vlastnosti. První je přilnavost. Molekuly vody jsou přitahovány ke stěnám kapilár a „přilnou“ k nim. To je v našem experimentu posíleno, protože papírové ručníky jsou vyrobeny z molekul celulózy, které jsou pro vodu velmi přitažlivé. Druhou vlastností je soudržnost. Molekuly vody se na sebe rády lepí. Tyto dvě vlastnosti společně umožňují, aby voda „cestovala“ po papírové utěrce proti gravitaci, pohybovala se z jedné nádoby a padala do druhé.

Efektivní papírové utěrky jsou poréznější než méně efektivní značky, což jim dává vyšší stupeň absorpční schopnosti. Vezmeme-li to v úvahu, jak by se podle vás lišil průběh pozorovaný v jednotlivých časových bodech, kdyby se místo vysoce savých papírových ručníků používaly méně kvalitní? Jak by se podle vás změnila barva v prostřední sklenici, kdybyste pro cestu modré vody použili méně savé papírové utěrky a pro cestu žluté vody savější papírové utěrky?“

Pozorování xylému u celeru

Všechny rostliny potřebují k přežití vodu. Aby mohly rostliny přesouvat vodu z půdy nahoru do svých výhonků a listů, vyvinuly si systém přenosu vody. Tento systém se nazývá „xylém“. Pohyb vody prostřednictvím xylému můžeme pozorovat tak, že do obarvené vody vložíme stonky celeru. Barevná voda se pohybuje stonkem až do listů, čímž je cesta vody tímto systémem viditelná.

Co budete potřebovat:

• Nádobu, například sklenici nebo vázu
• Celer
• Potravinářské barvivo
• Měřičku
• Vodu

Návod

1. Do prázdné nádoby přidejte 1 šálek vody. Do vody přidejte 2 kapky potravinářského barviva (nebo tolik, kolik je potřeba k dosažení požadované barvy) a dobře promíchejte.

1. Vyberte celerový stonek, který má na vrcholu připevněné listy. Odřízněte asi 1 cm od spodní části stonku.

1. Vložte stonek vzpřímeně do nádoby a ujistěte se, že je spodní část stonku ponořena do vody.

1. Nechte celer přes noc venku. Pozorujte, co se stane. Vyjměte celer z vody a rozřízněte ho, abyste si lépe prohlédli cestu, kterou si voda prošla.

Co se děje?“

Rostliny používají systém zvaný xylém, který vytahuje vodu ze země a přenáší ji výhonem do listů. Tento proces je pasivní, což znamená, že ke svému průběhu nevyžaduje žádnou energii. Proto byl celer schopen vytáhnout vodu nahoru přes noc. Celer vytáhl barevnou vodu stonkem prostřednictvím transportního systému xylému. Barevná voda se dostala až do listů a obarvila je.

Přenosový systém xylému je lépe vidět, když celer rozřízneme. Barevná voda obarví xylémové buňky a zviditelní je.

Jedním z jevů, který pohání tok vody rostlinou, je transpirace. Transpirace je název pro proces, při kterém se z listů rostliny odpařuje voda. Co myslíte, že by se stalo, kdybychom pokus zopakovali s použitím stonku celeru, jehož listy byly odříznuty? Zkus to a uvidíš!“

Jak přimět déšť v interiéru

Jednou z vlastností vody je, že může existovat v různých fázích. Může existovat jako kapalina, což je forma, kterou známe nejlépe, a může existovat také jako pevná látka (led) nebo plyn (vodní pára). V tomto experimentu budeme vodu zkoumat ve dvou jejích fázích – kapalné a plynné. Budeme pozorovat, jak teplota způsobuje přechod vody z jedné fáze do druhé. To nám umožní získat lepší představu o tom, co se s vodou děje v přírodě, a o roli, kterou teplota hraje v koloběhu vody.

Co budete potřebovat:

• Velkou nádobu, například sklenici
• Keramický talíř
• Vodu
• Led

Pokyny

1. Přibližně osm šálků vody zahřejte na pouhou páru. To lze provést na vařiči nebo v mikrovlnné troubě, ale vařič vám poskytne větší kontrolu nad procesem ohřevu.
2. Nalijte vodu do sklenice, dokud nebude zcela plná, a nechte sklenici pět minut odstát. Tím se sklenice pro experiment zahřeje. Po pěti minutách vodu vylijte.
3. Přidejte tolik ohřáté vody, abyste sklenici naplnili přibližně do poloviny. Přikryjte otvor sklenice talířem a dbejte na to, aby nemohla unikat pára. Nechte sklenici 3 minuty stát. Pozorujte, co se děje s vodou ve sklenici. Zaznamenejte všechny změny, které zaznamenáte.
4. Po uplynutí 3 minut položte na talíř tolik ledu, aby pokryl jeho povrch. Pozoruj, co se děje se sklenicí.

Co se děje?“

Cyklus vody je zodpovědný za vznik deště. Kapalná voda se vypařuje, čímž se do atmosféry dostává vodní pára. Když se vodní pára dostane do chladnějšího vzduchu ve vyšších vrstvách atmosféry, kondenzuje zpět na vodní kapky a vytváří mraky. Pokud zkondenzuje příliš mnoho vody nebo pokud se teplota ochladí, zkondenzovaná voda spadne zpět na zem v podobě deště.

V tomto experimentu jsme tyto podmínky zopakovali a vytvořili „déšť“. Nejprve jsme nechali zahřátou vodu uvnitř sklenice vytvořit vodní páru. Vodní pára vyplnila prostor mezi vodní hladinou a deskou. Poté jsme na talíř přidali led, čímž jsme iniciovali rychlý pokles teploty. Nižší teplota způsobila kondenzaci vodní páry. To se projevilo jako kapičky vody, které stékaly po stěnách sklenice. Takto vzniká déšť. Přiměli jsme déšť uvnitř naší sklenice!

Mohlo by se vám líbit také tento plán lekce: Učení o svítících živočiších – bioluminiscence nebo biofluorescence?