Free Press

Sukelletaan elämän ja elävien organismien tutkimiseen uusilla biologian kokeilla lapsille! Nämä ovat kaikki helppoja ja yksinkertaisia tehdä kotona tai luokkahuoneessa, ja kaikki niistä ovat nestemäisiä tai vesipohjaisia, joten sinulla on todennäköisesti kaikki tarvittava käsilläsi näiden tiedeprojektien toteuttamiseen. Tutustumme osmoosiin, kromatografiaan, homogenisointiin, transpiraatioon, kapillaaritoimintaan ja haihtumiseen.

Related:

Gummy Bear Osmosis

”Liuos” on yleinen termi, joka viittaa liuokseen liuenneeseen molekyyliin. Esimerkiksi suolavesiliuoksessa suolamolekyylit ovat liuenneita aineita. Mitä enemmän suolaa laitamme liuokseen, sitä enemmän lisäämme liuenneiden aineiden pitoisuutta.

Vesi liikkuu alueelta, jossa on pienempi liuenneiden aineiden pitoisuus, alueelle, jossa on suurempi liuenneiden aineiden pitoisuus. Tätä vesimolekyylien liikettä kutsutaan ”osmoosiksi”. Tutkiaksemme osmoosiprosessia ja havainnoidaksemme, miten se toimii, voimme tarkastella, mitä tapahtuu nallekarhuille, kun niiden annetaan liota erilaisissa liuoksissa yön yli.

Mitä tarvitset:

• Kaksi astiaa, kuten kulhoja, kuppeja tai purkkeja
• Mittakuppi
• Naamiokarhut
• Suola
• Vesi
• Viivain

Ohjeet

1. Lisää kumpaankin kahteen tyhjään astiaan ½ kuppia vettä. Lisää toiseen astiaan 1 teelusikallinen suolaa ja sekoita hyvin.

1. Pudota kumpaankin astiaan yksi nallekarkki ja jätä se sinne 8 tunniksi tai yön yli.

1. Tarkkaile, mitä kullekin nallelle tapahtui. Vertaa nallekarhuja toisiinsa ja myös sellaiseen nallekarhuun, jonka ei annettu liota yön yli.

Mitä tapahtuu?

Nallekarhun sisällä olevien liuottimien pitoisuus on suurempi kuin pelkän veden liuottimien pitoisuus. Tämän seurauksena kokeessamme vesi virtasi nallekarkkiin aiheuttaen sen turpoamisen, ja siksi nallekarkki kasvoi yön yli.

Sama pätee myös suolavesiliuokseen laitettuun nallekarkkiin. Ero liuenneen aineen konsentraatiossa ei kuitenkaan ollut yhtä suuri, joten nallekarkkiin virtasi vähemmän vettä. Toisin sanoen tarvittiin vähemmän vettä tasapainottamaan liuenneiden aineiden konsentraatioita kumikarhun sisällä ja ulkopuolella. Näin ollen suolavesiliuoksessa ollut kumikarhu kasvoi vähemmän kuin pelkkä vesiliuoksessa ollut karhu.

Voit kokeilla eri liuotinpitoisuuksia nähdäksesi, miten se vaikuttaa lopputulokseen. Mitä tapahtuu, kun lisäät kaksinkertaisen määrän suolaa yön yli kestävään vesihauteeseen? Voiko suolaa lisätä jonkin verran, jotta nalle pysyy samankokoisena?

Kromatografian tutkiminen

Kromatografia on tekniikka, jota käytetään seoksen komponenttien erottamiseen. Tekniikassa käytetään kahta faasia – liikkuvaa faasia ja pysyvää faasia. Kromatografiaa on monenlaista, mutta tässä kokeessa tarkastelemme paperikromatografiaa.

Paperikromatografiassa stationäärifaasi on suodatinpaperi. Liikkuva faasi on nestemäinen liuotin, joka liikkuu suodatinpaperin päällä. Tässä kokeessa tutkimme kromatografian toimintaa markkerimusteen avulla.

Mitä tarvitset:

• Kolme kirkasta astiaa, kuten juomalasit tai muurinpohjalasit
• Kahvinsuodattimet
• Hierovaa alkoholia
• Kasviöljyä
• Vettä
• Veteen liukenevaa merkkiainetta, mikä tahansa väri
• Sharpie marker, mikä tahansa väri
• Ruler
• Pencil

Ohjeet

1. Merkitse yksi astia ”A:lla”, toinen astia ”W:llä” ja kolmas astia ”O:lla”.” Täytä ”A”-astian pohja puhdistusalkoholilla, ”W”-astian vedellä ja ”O”-astian kasviöljyllä. Varmista, että neste nousee kussakin astiassa korkeintaan ½ tuuman päähän pohjasta.

1. Ota kolme kahvinsuodatinta ja mittaa 1 tuuman päähän pohjasta. Merkitse tämä kohta piirtämällä lyijykynällä viiva. Tee yksi piste tähän viivaan vesiliukoisella tussilla. Tee sama Sharpie-merkintätussilla.

1. Pane yksi kahvinsuodatin kumpaankin astiaan niin, että kahvinsuodattimen pohja on liuottimen alla, mutta liuotin EI SAA koskettaa merkintämustepisteitä. Liuotin kulkeutuu kahvisuodatinta ylöspäin ja pisteiden ohi. Tarkkaile, mitä pisteille tapahtuu, kun liuotin liikkuu niiden yli.

Mitä tapahtuu?

Samankaltainen liuottaa samankaltaista, joten aineet ovat vuorovaikutuksessa sen kaltaisten liuottimien kanssa. Vesiliukoinen merkkimuste on polaarista, joten se vuorovaikuttaa polaaristen liikkuvien faasien, kuten veden ja alkoholin, kanssa. Kun ei-polaarinen liuotin, kuten kasviöljy, liikkuu sen päällä, se ei vuorovaikuta eikä siksi liiku.

Sharpie-merkkimuste on ”pysyvää” siinä mielessä, että sitä ei voi pestä pois vedellä. Se ei ole vesiliukoista. Kun hankausalkoholi liikkuu sen päällä, näemme kuitenkin, että Sharpie-muste on vuorovaikutuksessa sen kanssa. Tämä johtuu siitä, että Sharpie-muste sisältää alkoholeja. Periaatteen ”samanlainen liukenee samanlaisena” mukaisesti se on vuorovaikutuksessa hankausalkoholin kanssa.

Sitovärjätyn maidon käyttäminen homogenisaation havainnointiin

Liuoksessa olevilla molekyyleillä on taipumus aggregoitua toisten molekyylien kanssa, jotka ovat samalla tavalla varautuneita. Esimerkiksi rasvamolekyylit ryhmittyvät toisten rasvamolekyylien kanssa. Maito koostuu erityyppisistä molekyyleistä, kuten rasvasta, vedestä ja proteiinista. Jotta nämä molekyylit eivät täysin erottuisi toisistaan ja muodostaisi kerroksia, maito käy läpi prosessin, jota kutsutaan homogenisoinniksi.

Homogenisoinnin jälkeenkin liuoksessa vapaana kelluvat rasvamolekyylit kuitenkin yhdistyvät, kun maito jätetään seisomaan häiriöttä. Tämän prosessin havainnollistamiseksi ja sen havainnollistamiseksi, mitä tapahtuu, kun nämä molekyylit hajaantuvat, voimme käyttää elintarvikeväriä ja tiskiainetta.

Mitä tarvitset:

• Täysrasvaista maitoa
• Tokasaippuaa
• 1 pieni kulho
• Vattupuikkoja

Ohjeita

1. Kaada maitoa pieneen kulhoon. Et tarvitse tähän paljon maitoa, vain sen verran, että kulhon pohja täyttyy. Anna maidon laskeutua niin, että maidon pinta on liikkumaton, ennen kuin siirryt vaiheeseen 2.

1. Lisää pisara elintarvikeväriä maidon pinnalle.

1. Kasta vanupuikko astianpesuaineeseen ja kosketa puikkoa maidon pinnalle, suoraan elintarvikeväritipan viereen. Mitä elintarvikevärille tapahtuu?

Mitä tapahtuu?

Oletko koskaan yrittänyt sekoittaa öljyä ja vettä? Öljyn rasvamolekyylit, aivan kuten maidonkin rasvamolekyylit, ovat ”hydrofobisia”, eli ne eivät pidä varautuneiden molekyylien, kuten veden, läheisyydestä, ja tekevät kaikkensa pysyäkseen niistä kaukana. Tämän saavuttamiseksi ne kasaantuvat yhteen. Koska rasvamolekyylit ovat vähemmän tiheitä kuin vesi, rasvapallot kelluvat ylöspäin ja muodostavat kerroksen veden yläpuolelle. Kokeessamme lisäsimme tähän rasvapallojen kerrokseen elintarvikeväriä.

Tiskisaippua on pesuaine. Pesuainemolekyyleillä on hydrofobinen pää ja hydrofiilinen pää. Tämän vuoksi ne pystyvät muodostamaan sillan rasvamolekyylien ja vesimolekyylien välille, jolloin rasvapallot hajoavat ja hajaantuvat. Kun lisäämme astianpesuainetta, näemme, että rasvaklusterit hajaantuvat ja kuljettavat elintarvikeväriä mukanaan, jolloin syntyy kaunis solmuvärjätty kuvio. Tulos on dramaattisempi, jos lisäät useita pisaroita elintarvikeväriä ja otat mukaan erilaisia värejä.

Veden kulkeutuminen kapillaaritoiminnan avulla

Paperipyyhkeet on suunniteltu keräämään roiskeet nopeasti, ja ne imevät paljon nestettä vain muutamalla arkilla. Mutta mikä paperipyyhkeissä tekee niistä niin imukykyisiä? Vastaus on osittain kapillaaritoiminta.

Tässä kokeessa havainnoimme, miten kapillaaritoiminta tekee paperipyyhkeistä tehokkaita. Käyttämällä vain paperipyyhkeitä ja kapillaarivaikutusta ohjaavia periaatteita saamme veden kulkeutumaan yhdestä astiasta toiseen.

Tarvikkeet:

• 3 astiaa (kuppia tai purkkia)
• Vettä
• Paperipyyhkeitä
• Ruokaväriä

Ohjeita

1. Riviin kolme astiaa. Täytä kaksi astiaa molemmissa päissä noin ¾ täyteen vettä. Lisää kumpaankin purkkiin useita pisaroita elintarvikeväriä. Voit itse päättää, mitä väriä käytät, mutta vaikutus toimii parhaiten, jos kaksi väriä yhdistyy kolmanneksi väriksi. (Esimerkiksi keltainen ja sininen muodostavat vihreän.)

1. Taita paperipyyhe neljään osaan pituussuunnassa. Aseta taitetun paperipyyhkeen toinen pää yhteen värillisellä vedellä täytettyyn astiaan (varmista, että pää on upotettu veteen) ja anna toisen pään roikkua tyhjään astiaan. Toista tämä käyttämällä toista paperipyyhettä ja jäljelle jäävää täytettyä astiaa.

1. Jätä astiat seisomaan neljäksi tunniksi. Tarkista ne 1 tunnin, 2 tunnin ja 4 tunnin kuluttua. Mitä näet?

Mitä tapahtuu?

Paperipyyhkeet ovat erittäin huokoisia. Nämä huokoset toimivat kuin pienet putket eli kapillaarit, jotka imevät vettä. Kaksi ominaisuutta mahdollistaa tämän. Ensimmäinen on tarttuvuus. Vesimolekyylit vetävät puoleensa kapillaarien seinämiä ja ”tarttuvat” niihin. Tämä tehostuu kokeessamme, koska paperipyyhkeet on valmistettu selluloosamolekyyleistä, jotka vetävät vettä puoleensa. Toinen ominaisuus on koheesio. Vesimolekyylit haluavat tarttua toisiinsa. Yhdessä nämä kaksi ominaisuutta mahdollistavat sen, että vesi ”matkustaa” paperipyyhettä pitkin vastoin painovoimaa, siirtyy ulos yhdestä säiliöstä ja putoaa toiseen.

Tehokkaat paperipyyhkeet ovat huokoisempia kuin vähemmän tehokkaat merkit, mikä antaa niille suuremman imukyvyn. Kun tämä otetaan huomioon, miten luulet, että kussakin aikapisteessä havaittu edistyminen eroaisi, jos käytettäisiin heikkolaatuisia paperipyyhkeitä erittäin imukykyisten sijasta? Miten luulet keskimmäisen purkin värin muuttuvan, jos käytät vähemmän imukykyistä paperipyyhettä sinisen veden kuljettamiseen ja enemmän imukykyistä paperipyyhettä keltaisen veden kuljettamiseen?

Observing Xylem in Celery

Kaikki kasvit tarvitsevat vettä selvitäkseen. Siirtääkseen vettä maaperästä ylöspäin versoihinsa ja lehtiinsa kasvit ovat kehittäneet vedenkuljetusjärjestelmän. Tätä järjestelmää kutsutaan ”ksyleemiksi”. Voimme tarkkailla veden liikkumista kyleemin kuljetuksen avulla asettamalla sellerin varret värilliseen veteen. Värillinen vesi liikkuu varren läpi ja ylös lehtiin, jolloin veden kulku tämän järjestelmän läpi tulee näkyviin.

Mitä tarvitset:

• Säiliö, kuten purkki tai maljakko
• Selleri
• Ruokaväri
• Mittakuppi
• Vesi

Ohjeita

1. Lisää tyhjään säiliöön 1 kupillinen vettä. Lisää veteen 2 tippaa elintarvikeväriä (tai niin monta kuin tarvitaan halutun värin saavuttamiseksi) ja sekoita hyvin.

1. Valitse sellerinvarsi, jonka päähän on kiinnitetty lehtiä. Leikkaa noin 1 tuuman verran varren alaosasta.

1. Aseta varsi pystyasentoon astiaan ja varmista, että varren alaosa on upotettu veteen.

1. Jätä selleri ulos yön yli. Tarkkaile, mitä tapahtuu. Ota selleri vedestä ja leikkaa se auki, jotta voit tarkastella paremmin veden kulkemaa reittiä.

Mitä tapahtuu?

Kasvit käyttävät ksyleemi-nimistä järjestelmää vetääkseen vettä maasta ja siirtääkseen sen verson kautta ylös niiden lehtiin. Tämä prosessi on passiivinen, eli se ei vaadi energiaa tapahtuakseen. Siksi selleri pystyi vetämään vettä ylös yön yli. Selleri veti värillistä vettä varren läpi ksyleemin kuljetusjärjestelmän kautta. Värillinen vesi kulkeutui lehtiin asti ja värjäsi ne.

Kksylemin kuljetusjärjestelmä näkyy selvemmin, kun selleri leikataan. Värillinen vesi värjää ksylemisolut, jolloin ne tulevat näkyviin.

Yksi ilmiö, joka ohjaa veden virtausta kasvin läpi, on transpiraatio. Transpiraatio on nimitys prosessille, jossa vesi haihtuu kasvin lehdistä. Mitä luulet, että tapahtuisi, jos toistaisimme kokeen käyttäen sellerin vartta, jonka lehdet oli leikattu pois? Kokeile ja katso!

How to Make it Rain Indoors

Yksi veden ominaisuuksista on, että se voi olla eri faaseissa. Se voi olla olemassa nesteenä, joka on meille tutuin olomuoto, ja se voi olla olemassa myös kiinteänä (jää) tai kaasuna (vesihöyry). Tässä kokeessa käymme läpi veden kaksi vaihetta – nesteen ja kaasun. Havainnoimme, miten lämpötila saa veden siirtymään faasista toiseen. Näin saamme paremman käsityksen siitä, mitä vedelle tapahtuu luonnossa ja millainen rooli lämpötilalla on veden kiertokulussa.

Mitä tarvitset:

• Suuri astia, kuten purkki
• Keramiikkalevy
• Vettä
• Jäätä

Ohjeita

1. Lämmitä noin kahdeksan kuppia vettä juuri ja juuri höyryäväksi. Tämä voidaan tehdä liesitasolla tai mikroaaltouunissa, mutta liesitasolla voit hallita lämmitysprosessia paremmin.
2. Kaada vesi purkkiin, kunnes se on täysin täynnä, ja anna purkin olla viisi minuuttia. Tämä lämmittää purkin koetta varten. Heitä vesi pois viiden minuutin kuluttua.
3. Lisää niin paljon lämmitettyä vettä, että purkki täyttyy noin puoliväliin. Peitä purkin aukko lautasella varmistaen, ettei höyry pääse karkaamaan. Anna purkin olla 3 minuuttia. Tarkkaile, mitä purkin vedelle tapahtuu. Merkitse ylös kaikki havaitsemasi muutokset.
4. Kun 3 minuuttia on kulunut, aseta lautasen päälle niin paljon jäätä, että se peittää lautasen pinnan. Tarkkaile, mitä purkille tapahtuu.

Mitä tapahtuu?

Veden kiertokulku on vastuussa sateen tuottamisesta. Nestemäinen vesi haihtuu, jolloin ilmakehään pääsee vesihöyryä. Kun vesihöyry pääsee yläilmakehän viileämpään ilmaan, se tiivistyy takaisin vesipisaroiksi ja muodostaa pilviä. Jos vettä tiivistyy liikaa tai jos lämpötila kylmenee, tiivistynyt vesi putoaa takaisin maahan sateen muodossa.

Tässä kokeessa toistimme nämä olosuhteet ”sateen” tuottamiseksi. Ensin annoimme lämmitetyn veden muodostaa vesihöyryä purkin sisällä. Vesihöyry täytti veden pinnan ja levyn välisen tilan. Tämän jälkeen lisäsimme lautasellemme jäätä, mikä käynnisti nopean lämpötilan laskun. Alhaisempi lämpötila sai vesihöyryn tiivistymään. Tämä näkyi vesipisaroina, jotka helmeilivät ja valuivat pitkin purkin reunoja. Näin sade tapahtuu. Saimme sen satamaan purkkimme sisällä!

Saatat pitää myös tästä oppimissuunnitelmasta: Learning About Glowing Animals – Bioluminescence or Biofluorescence?