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Lassen Sie uns in das Studium des Lebens und der lebenden Organismen mit einer neuen Reihe von Biologieexperimenten für Kinder eintauchen! Alle diese Experimente sind leicht und einfach zu Hause oder im Klassenzimmer durchzuführen, und sie basieren alle auf Flüssigkeiten oder Wasser, so dass du wahrscheinlich alles zur Hand hast, was du brauchst, um diese wissenschaftlichen Projekte zum Leben zu erwecken. Wir werden Osmose, Chromatographie, Homogenisierung, Transpiration, Kapillarwirkung und Verdunstung erforschen.

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Gummibärchen-Osmose

„Gelöst“ ist ein allgemeiner Begriff, der sich auf ein in einer Lösung gelöstes Molekül bezieht. In einer Salzwasserlösung zum Beispiel sind die Salzmoleküle die gelösten Stoffe. Je mehr Salz in die Lösung gegeben wird, desto mehr erhöht sich die Konzentration der gelösten Stoffe.

Wasser bewegt sich von einem Bereich mit einer niedrigeren Konzentration gelöster Stoffe zu einem Bereich mit einer höheren Konzentration gelöster Stoffe. Diese Bewegung von Wassermolekülen wird „Osmose“ genannt. Um den Prozess der Osmose zu untersuchen und zu beobachten, wie er funktioniert, kann man sich ansehen, was mit Gummibärchen passiert, wenn man sie über Nacht in verschiedenen Lösungen einweichen lässt.

Was du brauchst:

• Zwei Behälter wie Schalen, Tassen oder Gläser
• Messbecher
• Gummibärchen
• Salz
• Wasser
• Maßstab

Anleitung

1. Gebe ½ Tasse Wasser in jeden der beiden leeren Behälter. Gib 1 Teelöffel Salz in einen der Behälter und rühre gut um.

1. Werfe ein Gummibärchen in jeden Behälter und lasse es 8 Stunden oder über Nacht stehen.

1. Beobachte, was mit jedem Gummibärchen passiert. Vergleiche die Gummibärchen miteinander und auch mit einem Gummibärchen, das nicht über Nacht eingeweicht wurde.

Was passiert?

Die Konzentration der gelösten Stoffe im Gummibärchen ist höher als die Konzentration der gelösten Stoffe im normalen Wasser. Deshalb ist in unserem Experiment das Wasser in das Gummibärchen geflossen und hat es anschwellen lassen, weshalb das Gummibärchen über Nacht gewachsen ist.

Das Gleiche gilt für das Gummibärchen in der Salzwasserlösung. Allerdings war der Unterschied in der Konzentration der gelösten Stoffe nicht so groß, so dass weniger Wasser in das Gummibärchen floss. Mit anderen Worten: Es wurde weniger Wasser benötigt, um die Konzentration der gelösten Stoffe innerhalb und außerhalb des Gummibärchens auszugleichen. Daher wuchs das Gummibärchen in der Salzwasserlösung weniger als das Bärchen in der reinen Wasserlösung.

Du kannst mit verschiedenen Konzentrationen der gelösten Stoffe experimentieren, um zu sehen, wie sie das Ergebnis beeinflussen. Was passiert, wenn du doppelt so viel Salz in das Wasserbad über Nacht gibst? Gibt es irgendeine Menge Salz, die hinzugefügt werden kann, um die Größe des Gummibärchens beizubehalten?

Exploring Chromatography

Chromatographie ist eine Technik, die verwendet wird, um die Komponenten einer Mischung zu trennen. Dabei werden zwei Phasen verwendet – eine mobile Phase und eine stationäre Phase. Es gibt verschiedene Arten der Chromatographie, aber in diesem Experiment werden wir uns mit der Papierchromatographie beschäftigen.

Bei der Papierchromatographie ist die stationäre Phase Filterpapier. Die mobile Phase ist das flüssige Lösungsmittel, das sich über das Filterpapier bewegt. In diesem Experiment werden wir mit Markertinte untersuchen, wie die Chromatographie funktioniert.

Was du brauchst:

• Drei durchsichtige Behälter wie Trinkgläser oder Einmachgläser
• Kaffeefilter
• Waschalkohol
• Pflanzenöl
• Wasser
• Wasserlöslicher Marker, beliebige Farbe
• Sharpie Marker, beliebige Farbe
• Lineal
• Bleistift

Hinweise

1. Markiere einen Behälter mit einem „A“, einen zweiten Behälter mit einem „W“ und einen dritten Behälter mit einem „O“.“ Fülle den Boden des „A“-Behälters mit Franzbranntwein, den „W“-Behälter mit Wasser und den „O“-Behälter mit Pflanzenöl. Achte darauf, dass die Flüssigkeit in jedem Behälter nicht mehr als ½ Zoll vom Boden aufsteigt.

1. Nimm drei Kaffeefilter heraus und miss 1 Zoll vom Boden ab. Markiere diese Stelle, indem du mit dem Bleistift eine Linie ziehst. Mache mit dem wasserlöslichen Marker einen Punkt auf diese Linie. Mache dasselbe mit dem Sharpie-Marker.

1. Platziere einen Kaffeefilter in jeden Behälter, so dass der Boden des Kaffeefilters in das Lösungsmittel eingetaucht ist, aber das Lösungsmittel NICHT die Punkte der Marker-Tinte berührt. Das Lösungsmittel wird den Kaffeefilter hinauf und an den Punkten vorbei wandern. Beobachte, was mit den Punkten passiert, wenn sich das Lösungsmittel über sie bewegt.

Was passiert?

Gleiches löst Gleiches auf, also reagieren Substanzen mit Lösungsmitteln, die ihnen ähnlich sind. Wasserlösliche Marker-Tinte ist polar, d. h. sie reagiert mit polaren mobilen Phasen wie Wasser und Alkohol. Wenn sich ein unpolares Lösungsmittel wie Pflanzenöl darüber bewegt, tritt sie nicht in Wechselwirkung und bewegt sich daher nicht.

Sharpie Marker Tinte ist „permanent“ in dem Sinne, dass sie nicht mit Wasser abgewaschen werden kann. Sie ist nicht wasserlöslich. Wenn der Franzbranntwein darüber läuft, sieht man jedoch, dass die Sharpie-Tinte mit ihm interagiert. Das liegt daran, dass Sharpie-Tinte Alkohole enthält. Nach dem Prinzip „Gleiches löst Gleiches“ interagiert sie mit dem Reinigungsalkohol.

Using Tie-Dyed Milk to Observe Homogenization

Moleküle in einer Lösung neigen dazu, mit anderen Molekülen zu aggregieren, die ähnlich geladen sind. Fettmoleküle zum Beispiel lagern sich mit anderen Fettmolekülen zusammen. Milch besteht aus verschiedenen Arten von Molekülen, darunter Fett, Wasser und Eiweiß. Um zu verhindern, dass sich diese Moleküle vollständig trennen und Schichten bilden, wird die Milch einem Prozess unterzogen, der Homogenisierung genannt wird.

Auch nach der Homogenisierung werden sich jedoch frei in der Lösung schwimmende Fettmoleküle zusammenfinden, wenn man die Milch ungestört stehen lässt. Zur Veranschaulichung dieses Prozesses und was passiert, wenn diese Moleküle dispergiert werden, können wir Lebensmittelfarbe und Spülmittel verwenden.

Was du brauchst:

• Vollmilch
• Spülmittel
• 1 kleine Schüssel
• Wattestäbchen

Anleitung

1. Gieße etwas Milch in eine kleine Schüssel. Du brauchst dafür nicht viel Milch, nur so viel, dass der Boden der Schüssel gefüllt ist. Lasse die Milch absetzen, so dass die Oberfläche der Milch ruhig ist, bevor du zu Schritt 2 übergehst.

1. Gib einen Tropfen Lebensmittelfarbe auf die Oberfläche der Milch.

1. Tauche ein Wattestäbchen in Spülmittel und berühre damit die Oberfläche der Milch, direkt neben dem Tropfen Lebensmittelfarbe. Was passiert mit der Lebensmittelfarbe?

Was passiert?

Hast du jemals versucht, Öl und Wasser zu mischen? Die Fettmoleküle in Öl, genau wie die in Milch, sind „hydrophob“, das heißt, sie halten sich nicht gerne in der Nähe von geladenen Molekülen wie Wasser auf und tun alles, um sich von ihnen fernzuhalten. Um dies zu erreichen, klumpen sie zusammen. Da die Fettmoleküle eine geringere Dichte als Wasser haben, schwimmen die Fettkügelchen auf und bilden eine Schicht über dem Wasser. In unserem Experiment haben wir diese Schicht aus Fettkügelchen mit Lebensmittelfarbe gefärbt.

Seife ist ein Waschmittel. Detergensmoleküle haben ein hydrophobes Ende und ein hydrophiles Ende. Dadurch sind sie in der Lage, eine Brücke zwischen den Fettmolekülen und den Wassermolekülen zu bilden, wodurch die Fettkügelchen aufbrechen und sich auflösen. Bei der Zugabe von Spülmittel verteilen sich die Fettkügelchen, wobei die Lebensmittelfarbe mitgerissen wird und ein wunderschönes kunterbuntes Muster entsteht. Das Ergebnis ist noch dramatischer, wenn man mehrere Tropfen Lebensmittelfarbe hinzufügt und eine Vielzahl von Farben einbezieht.

Wasser durch Kapillarwirkung zum Fließen bringen

Papierhandtücher sind so konzipiert, dass sie Verschüttetes schnell aufnehmen und mit nur wenigen Blättern viel Flüssigkeit absorbieren. Aber was macht Papierhandtücher so saugfähig? Die Antwort liegt zum Teil in der Kapillarwirkung.

In diesem Experiment werden wir beobachten, wie die Kapillarwirkung Papierhandtücher so effizient macht. Mit Hilfe von Papierhandtüchern und den Prinzipien der Kapillarwirkung lassen wir Wasser von einem Behälter in einen anderen fließen.

Was du brauchst:

• 3 Behälter (Tassen oder Gläser)
• Wasser
• Papiertücher
• Lebensmittelfarbe

Anleitung

1. Richte die drei Behälter in einer Reihe aus. Fülle die beiden Behälter an beiden Enden etwa ¾ voll mit Wasser. Gib einige Tropfen Lebensmittelfarbe in jedes der Gefäße. Welche Farbe du verwendest, ist dir überlassen, aber der Effekt funktioniert am besten, wenn sich die beiden Farben zu einer dritten Farbe verbinden. (Zum Beispiel – Gelb und Blau ergeben Grün.)

1. Falte ein Papiertuch der Länge nach in 4 Teile. Lege ein Ende des gefalteten Papiertuchs in einen der mit gefärbtem Wasser gefüllten Behälter (achte darauf, dass das Ende in das Wasser eingetaucht ist) und lasse das andere Ende in den leeren Behälter hängen. Wiederhole den Vorgang mit einem zweiten Papierhandtuch und dem restlichen gefüllten Behälter.

1. Lasse die Behälter vier Stunden lang stehen. Überprüfe sie nach 1 Stunde, 2 Stunden und 4 Stunden. Was siehst du?

Was passiert?

Papierhandtücher sind sehr porös. Diese Poren funktionieren wie winzige Röhren oder Kapillaren, die Wasser aufsaugen. Zwei Eigenschaften ermöglichen dies. Die erste ist die Adhäsion. Wassermoleküle werden von den Wänden der Kapillaren angezogen und „kleben“ an ihnen. Dies wird in unserem Experiment dadurch verstärkt, dass Papierhandtücher aus Zellulosemolekülen bestehen, die für Wasser sehr attraktiv sind. Die zweite Eigenschaft ist die Kohäsion. Die Wassermoleküle kleben gerne aneinander. Diese beiden Eigenschaften zusammen ermöglichen es dem Wasser, entgegen der Schwerkraft auf dem Papierhandtuch zu „reisen“ und aus einem Behälter in den anderen zu tropfen.

Effiziente Papierhandtücher sind poröser als weniger effiziente Marken, was ihnen ein höheres Maß an Absorptionsfähigkeit verleiht. Was glauben Sie, wie sich der zu jedem Zeitpunkt beobachtete Fortschritt verändern würde, wenn Sie minderwertige Papierhandtücher anstelle von sehr saugfähigen verwenden würden? Wie würde sich die Farbe im mittleren Glas verändern, wenn man ein weniger saugfähiges Papierhandtuch für das blaue Wasser und ein saugfähigeres Papierhandtuch für das gelbe Wasser verwenden würde?

Beobachtung des Xylems im Sellerie

Alle Pflanzen brauchen Wasser, um zu überleben. Um Wasser aus dem Boden in ihre Triebe und Blätter zu transportieren, haben die Pflanzen ein System für den Wassertransport entwickelt. Dieses System wird „Xylem“ genannt. Wir können die Bewegung von Wasser durch das Xylem beobachten, indem wir Selleriestängel in gefärbtes Wasser legen. Das gefärbte Wasser bewegt sich durch den Stängel und hinauf in die Blätter, wodurch der Weg des Wassers durch dieses System sichtbar wird.

Was du brauchst:

• Ein Gefäß wie ein Glas oder eine Vase
• Sellerie
• Lebensmittelfarbe
• Messbecher
• Wasser

Anleitung

1. Gebe 1 Tasse Wasser in das leere Gefäß. 2 Tropfen Lebensmittelfarbe in das Wasser geben (oder so viele, wie nötig sind, um die gewünschte Farbe zu erhalten) und gut umrühren.

1. Wählen Sie eine Selleriestange, an deren Spitze Blätter hängen. Schneide etwa einen Zentimeter vom unteren Ende des Stängels ab.

1. Stelle den Stängel aufrecht in den Behälter und achte darauf, dass die Unterseite des Stängels in das Wasser eintaucht.

1. Lasse den Sellerie über Nacht stehen. Beobachte, was passiert. Nimm den Sellerie aus dem Wasser und schneide ihn auf, um den Weg, den das Wasser genommen hat, besser sehen zu können.

Was passiert?

Pflanzen benutzen ein System, das Xylem genannt wird, um Wasser aus dem Boden zu ziehen und es durch den Trieb in die Blätter zu transportieren. Dieser Prozess ist passiv, d.h. er benötigt keine Energie, um abzulaufen. Aus diesem Grund konnte der Sellerie über Nacht Wasser nach oben ziehen. Der Sellerie zog über das Xylem-Transportsystem gefärbtes Wasser durch seinen Stängel. Das gefärbte Wasser wanderte bis in die Blätter und färbte sie.

Das Xylem-Transportsystem ist deutlicher zu sehen, wenn der Sellerie angeschnitten wird. Das gefärbte Wasser färbt die Xylemzellen und macht sie so sichtbar.

Ein Phänomen, das den Wasserfluss durch eine Pflanze antreibt, ist die Transpiration. Als Transpiration bezeichnet man den Vorgang, bei dem Wasser aus den Blättern einer Pflanze verdunstet. Was glaubst du, würde passieren, wenn wir das Experiment mit einem Selleriestängel wiederholen, dessen Blätter abgeschnitten wurden? Probiere es aus!

Wie man es in Innenräumen regnen lassen kann

Eine der Eigenschaften von Wasser ist, dass es in verschiedenen Phasen existieren kann. Es kann flüssig sein, das ist die Form, mit der wir am meisten vertraut sind, es kann aber auch fest (Eis) oder gasförmig (Wasserdampf) sein. In diesem Experiment durchlaufen wir zwei Phasen von Wasser – flüssig und gasförmig. Wir werden beobachten, wie die Temperatur das Wasser von einer Phase in die andere überführt. So können wir uns ein besseres Bild davon machen, was mit Wasser in der Natur passiert und welche Rolle die Temperatur im Wasserkreislauf spielt.

Was du brauchst:

• Großes Gefäß, z. B. ein Glas
• Eine Keramikplatte
• Wasser
• Eis

Anleitung

1. Erhitze etwa acht Tassen Wasser, bis es gerade dampft. Dies kann auf dem Herd oder in der Mikrowelle geschehen, aber auf dem Herd hast du mehr Kontrolle über den Erhitzungsprozess.
2. Gieße das Wasser in das Glas, bis es vollständig gefüllt ist, und lasse das Glas fünf Minuten lang stehen. Dadurch wird das Gefäß für das Experiment erwärmt. Nach fünf Minuten das Wasser wegschütten.
3. Gebe so viel erhitztes Wasser hinzu, dass das Glas etwa zur Hälfte gefüllt ist. Bedecke die Öffnung des Gefäßes mit dem Teller und achte darauf, dass kein Dampf entweicht. Lass das Glas 3 Minuten lang stehen. Beobachte, was mit dem Wasser im Glas geschieht. Notiere alle Veränderungen, die du feststellst.
4. Nach Ablauf der 3 Minuten lege so viel Eis auf den Teller, dass die Oberfläche bedeckt ist. Beobachte, was mit dem Glas passiert.

Was passiert?

Der Wasserkreislauf ist für die Entstehung von Regen verantwortlich. Flüssiges Wasser verdunstet und schickt Wasserdampf in die Atmosphäre. Wenn der Wasserdampf die kühlere Luft in der oberen Atmosphäre erreicht, kondensiert er wieder zu Wassertröpfchen und bildet Wolken. Wenn zu viel Wasser kondensiert oder wenn die Temperatur kälter wird, fällt das kondensierte Wasser in Form von Regen auf die Erde zurück.

In diesem Experiment haben wir diese Bedingungen nachgestellt, um „Regen“ zu erzeugen. Zuerst ließen wir das erhitzte Wasser im Glas Wasserdampf bilden. Der Wasserdampf füllte den Raum zwischen der Wasseroberfläche und der Platte. Dann gaben wir Eis auf den Teller, was einen schnellen Temperaturabfall zur Folge hatte. Die niedrigere Temperatur bewirkte, dass der Wasserdampf kondensierte. Dies war als Wassertröpfchen sichtbar, die an den Seiten des Glases herunterliefen. So entsteht Regen. Wir haben es in unserem Glas regnen lassen!

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