Free Press

Merüljünk bele az élet és az élő szervezetek tanulmányozásába egy új biológia kísérletsorozattal gyerekeknek! Ezek mindegyike könnyen és egyszerűen elvégezhető otthon vagy az osztályteremben, és mindegyikük folyékony vagy vízalapú, így valószínűleg mindened megvan, amire szükséged van ahhoz, hogy ezeket a tudományos projekteket életre keltsd. Felfedezzük az ozmózist, a kromatográfiát, a homogenizálást, a transzspirációt, a kapilláris hatást és a párolgást.

Related:

Gumimaci ozmózis

A “oldott anyag” egy általános kifejezés, amely egy oldatban oldott molekulára utal. Egy sós vizes oldatban például a sómolekulák az oldott anyagok. Minél több sót teszünk az oldatba, annál inkább növeljük az oldott anyagok koncentrációját.

A víz egy alacsonyabb oldottanyag-koncentrációjú területről egy magasabb oldottanyag-koncentrációjú területre mozog. A vízmolekuláknak ezt a mozgását “ozmózisnak” nevezzük. Az ozmózis folyamatának vizsgálatához és működésének megfigyeléséhez megnézhetjük, mi történik a gumicukorral, ha egy éjszakán át különböző oldatokban áztatjuk.

Mire lesz szükséged:

• Két edény, például tál, pohár vagy befőttesüveg
• Mérőpohár
• Gumicukor
• Só
• Víz
• Húzó

Rendelés

1. Tegyél ½ csésze vizet a két üres edénybe. Adj az egyik edénybe 1 teáskanál sót, és jól keverd össze.

1. Tegyél mindkét edénybe egy-egy gumimacit, és hagyd állni 8 órán át vagy egy éjszakán át.

1. Figyeld meg, mi történt az egyes gumimacikkal. Hasonlítsd össze a gumicukrokat egymással, valamint egy olyan gumicukorral, amelyet nem hagytál áztatni egy éjszakán át.

Mi történik?

A gumicukorban lévő oldott anyagok koncentrációja magasabb, mint a sima vízben lévő oldott anyagok koncentrációja. Ennek következtében a kísérletünkben a víz a gumicukorba áramlott, ami miatt az megduzzadt, és ezért a gumicukor egy éjszaka alatt megnőtt.

A sós vizes oldatba helyezett gumicukorral ugyanez a helyzet. Az oldott anyag koncentrációjának különbsége azonban nem volt olyan nagy, ezért kevesebb víz áramlott a gumimaciba. Más szóval, kevesebb vízre volt szükség ahhoz, hogy a gumimacin belül és kívül egyensúlyba kerüljön az oldott anyag koncentrációja. Így a sós vizes oldatban lévő gumimackó kevésbé nőtt, mint a sima vizes oldatban lévő medve.

Kísérletezhetsz különböző oldott anyagkoncentrációkkal, hogy lásd, hogyan befolyásolja az eredményt. Mi történik, ha kétszer annyi sót adsz az éjszakai vízfürdőhöz? Van-e olyan sómennyiség, amelyet hozzáadva a gumimackó ugyanolyan méretű marad?

Kromatográfia felfedezése

A kromatográfia egy olyan technika, amelyet egy keverék összetevőinek szétválasztására használnak. A technika két fázist használ – egy mozgófázist és egy állófázist. A kromatográfiának több típusa létezik, de ebben a kísérletben a papírkromatográfiát fogjuk megvizsgálni.

A papírkromatográfiában az állófázis szűrőpapír. A mobil fázis a folyékony oldószer, amely a szűrőpapíron mozog. Ebben a kísérletben jelölőtintát fogunk használni, hogy megvizsgáljuk, hogyan működik a kromatográfia.

Mire lesz szükséged:

• Három átlátszó edény, például ivópohár vagy befőttesüveg
• Kávéfilter
• Dörzsölő alkohol
• Növényi olaj
• Víz
• Vízben oldódó filctoll, Bármilyen színű
• Színű filctoll, bármilyen színű
• Rajzoló
• Ceruza

Útmutató

1. Az egyik edényt “A”-val, a másodikat “W”-vel, a harmadikat “O”-val jelöljük.” Töltsd meg az “A” tartály alját dörzsölő alkohollal, a “W” tartály alját vízzel, az “O” tartály alját pedig növényi olajjal. Ügyeljen arra, hogy a folyadék mindegyik tartályban legfeljebb ½ hüvelyknyire emelkedjen fel az aljától.

1. Vegyen ki három kávéfiltert, és mérjen ki 1 hüvelyket az aljától. Jelöld meg ezt a pontot úgy, hogy ceruzával húzol egy vonalat. Erre a vonalra a vízben oldódó filctollal tegyél egy pontot. Ugyanezt tegye meg a Sharpie filctollal is.

1. Tegyen egy-egy kávéfiltert mindegyik edénybe úgy, hogy a kávéfilter alja az oldószerbe merüljön, de az oldószer NEM érjen a filctintás pontokhoz. Az oldószer felfelé halad a kávéfilteren és a pöttyök mellett. Figyeljük meg, mi történik a pöttyökkel, ahogy az oldószer áthalad rajtuk.

Mi történik?

A hasonló oldódik, tehát az anyagok kölcsönhatásba lépnek a hozzájuk hasonló oldószerekkel. A vízben oldódó jelölőtinta poláros, ezért kölcsönhatásba lép a poláros mozgófázisokkal, például a vízzel és az alkohollal. Amikor egy nem pólusú oldószer, például növényi olaj mozog rajta, nem lép kölcsönhatásba, és ezért nem mozog.

A filctoll tinta abban az értelemben “tartós”, hogy vízzel nem lehet lemosni. Nem vízben oldódó. Amikor azonban a dörzsölőalkohol átmegy rajta, azt látjuk, hogy a Sharpie tinta kölcsönhatásba lép vele. Ez azért van, mert a Sharpie tinta alkoholokat tartalmaz. A “hasonló oldódik, mint a hasonló” elvét követve kölcsönhatásba lép a dörzsölő alkohollal.

Kötött tej felhasználása a homogenizáció megfigyelésére

A molekulák az oldatban hajlamosak más, hasonlóan töltött molekulákkal aggregálódni. A zsírmolekulák például más zsírmolekulákkal csoportosulnak. A tej különböző típusú molekulákból áll, többek között zsírból, vízből és fehérjéből. Annak érdekében, hogy ezek a molekulák ne váljanak szét teljesen, és ne képezzenek rétegeket, a tej egy homogenizálásnak nevezett folyamaton megy keresztül.

A homogenizálás után is, azonban az oldatban szabadon lebegő zsírmolekulák összeállnak, ha a tejet háborítatlanul hagyjuk. Hogy szemléltessük ezt a folyamatot, és hogy mi történik, amikor ezek a molekulák szétszóródnak, használhatunk ételfestéket és mosogatószert.

Mire lesz szükséged:

• Teljes zsíros tej
• Tányérszappan
• 1 kis tál
• Vattakorongok

Az útmutató

1. Tölts egy kevés tejet egy kis tálba. Ehhez nem kell sok tej, csak annyi, hogy a tál alját megtöltse. Hagyja, hogy a tej leülepedjen, hogy a tej felszíne mozdulatlan legyen, mielőtt a 2. lépésre lépne.

1. Adjon egy csepp ételfestéket a tej felszínére.

1. Mártogasson egy vattakorongot mosogatószerbe, és érintse a korongot a tej felszínéhez, közvetlenül a csepp ételfesték mellé. Mi történik az ételfestékkel?

Mi történik?

Próbáltál már valaha olajat és vizet keverni? Az olajban lévő zsírmolekulák, akárcsak a tejben lévők, “hidrofóbok”, ami azt jelenti, hogy nem szeretnek töltött molekulák, például víz közelében lenni, és mindent megtesznek, hogy távol tartsák magukat tőlük. Ennek érdekében összecsomósodnak. Mivel a zsírmolekulák kisebb sűrűségűek, mint a víz, a zsírgömbök felúsznak, és egy réteget képeznek a víz felett. Kísérletünkben ehhez a zsírgömbökből álló réteghez ételfestéket adtunk.

A szappan egy mosószer. A mosószer molekuláknak van egy hidrofób és egy hidrofil vége. Emiatt képesek hidat képezni a zsírmolekulák és a vízmolekulák között, aminek következtében a zsírgömböcskék felbomlanak és szétszóródnak. Amit a mosogatószer hozzáadásakor látunk, az a zsírgömböknek ez a szétszóródása, ami magával viszi az ételfestéket, és gyönyörű, nyakkendős mintázatot eredményez. Az eredmény még drámaibb, ha több csepp ételfestéket adunk hozzá, és többféle színt veszünk fel.

A víz mozgatása kapilláris hatás révén

A papírtörülközőket úgy tervezték, hogy gyorsan felszedjék a kiömlött folyadékot, sok folyadékot felszívnak mindössze néhány ívvel. De mi az, ami a papírtörülközőket ilyen nedvszívóvá teszi? A válasz részben a kapilláris hatás.

Ezzel a kísérlettel megfigyeljük, hogy a kapilláris hatás hogyan teszi a papírtörülközőket hatékonnyá. Semmi mást nem használunk, csak papírtörülközőket és a kapilláris hatás alapelveit, hogy a vizet az egyik tartályból egy másikba juttassuk.

Mire lesz szükséged:

• 3 edény (pohár vagy befőttesüveg)
• Víz
• Papírtörlő
• Élelmiszerfesték

Rendezés

1. A három edényt sorba állítjuk. A két végén lévő két edényt töltsd meg körülbelül ¾-ig vízzel. Adj néhány csepp ételfestéket mindegyik edénybe. Hogy milyen színt használsz, az rajtad múlik, de a hatás akkor a legjobb, ha a két szín egy harmadik színt alkot. (Például – a sárga és a kék zöldet ad.)

1. Hosszában négyfelé hajtunk egy papírtörlőt. Az összehajtogatott papírtörlő egyik végét helyezze az egyik színes vízzel töltött edénybe (ügyeljen arra, hogy a vége a vízbe merüljön), a másik végét pedig hagyja belelógni az üres edénybe. Ismételje meg a műveletet egy második papírtörlővel és a maradék megtöltött edénnyel.

1. A tartályokat négy órán át hagyja állni. Ellenőrizze őket 1 óra, 2 óra és 4 óra elteltével. Mit lát?

Mi történik?

A papírtörlő nagyon porózus. Ezek a pórusok apró csövekként, azaz kapillárisokként működnek, amelyek felszívják a vizet. Ezt két tulajdonság teszi lehetővé. Az első a tapadás. A vízmolekulákat vonzzák a hajszálerek falai, és “megtapadnak” rajtuk. Kísérletünkben ez fokozódik, mivel a papírtörlő olyan cellulózmolekulákból áll, amelyek erősen vonzzák a vizet. A második tulajdonság a kohézió. A vízmolekulák szeretnek egymáshoz tapadni. Ez a két tulajdonság együttesen lehetővé teszi, hogy a víz a gravitáció ellenében “utazzon” a papírtörlő mentén, az egyik tartályból kimozdulva a másikba cseppenve.

A hatékony papírtörlők porózusabbak, mint a kevésbé hatékony márkák, így nagyobb a nedvszívó képességük. Ezt figyelembe véve, mit gondol, hogyan különbözne az egyes időpontokban megfigyelt fejlődés, ha rossz minőségű papírtörülközőket használnánk a nagy nedvszívó képességűek helyett? Mit gondolsz, hogyan változna a szín a középső edényben, ha kevésbé nedvszívó papírtörlőt használnál a kék víz mozgatásához, és egy jobban nedvszívó papírtörlőt a sárga víz mozgatásához?

Observing Xylem in Celery

Minden növénynek vízre van szüksége a túléléshez. Annak érdekében, hogy a vizet feljuttassák a talajból a hajtásaikba és a leveleikbe, a növények kifejlesztettek egy vízszállító rendszert. Ezt a rendszert “xilémának” nevezik. Megfigyelhetjük a víz xilémaszállításon keresztüli mozgását, ha zellerszárakat helyezünk színes vízbe. A színes víz áthalad a száron és fel a levelekbe, így láthatóvá válik a víz útja ezen a rendszeren keresztül.

Mire lesz szükséged:

• Egy edény, például egy befőttesüveg vagy váza
• Cellér
• Élelmiszerfesték
• Mérőpohár
• Víz

Az útmutató

1. Adj 1 csésze vizet az üres edénybe. Adjunk a vízhez 2 csepp ételfestéket (vagy ahányat csak kell a kívánt szín eléréséhez), és jól keverjük össze.

1. Válasszunk egy zellerszárat, amelynek a tetején levelek vannak rögzítve. Vágjunk le körülbelül 1 hüvelyknyit a szár aljáról.

1. Tegyük a szárat függőlegesen a tartályba, ügyelve arra, hogy a szár alja belemerüljön a vízbe.

1. A zellert hagyjuk kint éjszakára. Figyeljük meg, mi történik. Vedd ki a zellert a vízből, és vágd fel, hogy jobban megnézhesd, milyen utat járt be a víz.

Mi történik?

A növények egy xilémnek nevezett rendszert használnak arra, hogy a vizet a talajból felhúzzák, és a hajtáson keresztül a levelekbe szállítsák. Ez a folyamat passzív, vagyis nem igényel energiát ahhoz, hogy végbemenjen. Ezért volt képes a zeller egy éjszaka alatt felhúzni a vizet. A zeller a xilémaszállító rendszeren keresztül színezett vizet húzott a szárán keresztül. A színes víz egészen a levelekig jutott, és megfestette azokat.

A xilémaszállító rendszer jobban látható, ha a zellert felvágjuk. A színes víz megfesti a xilémsejteket, így azok láthatóvá válnak.

Az egyik jelenség, amely a növényen keresztüli vízáramlást irányítja, a transzspiráció. Transzspirációnak nevezik azt a folyamatot, amelynek során a víz elpárolog a növény leveleiből. Mit gondolsz, mi történne, ha megismételnénk a kísérletet egy olyan zellerszárral, amelynek levelei levágásra kerültek? Próbáld ki, és meglátod!

Hogyan lehet beltérben esőt csinálni

A víz egyik tulajdonsága, hogy különböző fázisokban létezhet. Létezhet folyadékként, ami az általunk leginkább ismert forma, és létezhet szilárd (jég), vagy gáz (vízgőz) formában is. Ebben a kísérletben a vizet két fázisán – folyékony és gáz halmazállapotú – keresztül fogjuk vizsgálni. Megfigyeljük, hogy a hőmérséklet hatására a víz hogyan lép át egyik fázisból a másikba. Így jobb képet kaphatunk arról, hogy mi történik a vízzel a természetben, és milyen szerepet játszik a hőmérséklet a víz körforgásában.

Mire lesz szükséged:

• Nagy edény, például egy befőttesüveg
• Kerámiatányér
• Víz
• Jég

Rendezés

1. Melegíts fel körülbelül nyolc csésze vizet, hogy éppen gőzölögjön. Ez történhet a tűzhelyen vagy a mikrohullámú sütőben, de a tűzhelyen jobban ellenőrizheti a melegítési folyamatot.
2. Töltse a vizet az üvegbe, amíg teljesen megtelik, és hagyja állni az üveget öt percig. Ez felmelegíti az üveget a kísérlethez. Öt perc elteltével dobd ki a vizet.
3. Adj hozzá annyi felmelegített vizet, hogy az edény körülbelül félig megteljen. Fedjük le az üveg nyílását a tányérral, ügyelve arra, hogy a gőz ne tudjon kiszökni. Hagyjuk az üveget 3 percig állni. Figyeljük meg, mi történik az üvegben lévő vízzel. Jegyezzünk fel minden változást, amit tapasztalunk.
4. A 3 perc elteltével tegyünk annyi jeget a tányér tetejére, hogy az befedje a felületét. Figyeld meg, mi történik az edényben.

Mi történik?

A víz körforgása felelős az eső előállításáért. A folyékony víz elpárolog, és vízgőz kerül a légkörbe. Amikor a vízgőz eléri a felső légkör hűvösebb levegőjét, vízcseppekké kondenzálódik vissza, felhőket alkotva. Ha túl sok víz kondenzálódik, vagy ha a hőmérséklet hidegebbé válik, a kondenzált víz eső formájában visszahull a földre.

Ebben a kísérletben megismételtük ezeket a feltételeket, hogy “esőt” hozzunk létre. Először is hagytuk, hogy a felmelegített víz vízgőzt képezzen az edény belsejében. A vízgőz kitöltötte a vízfelület és a tányér közötti teret. Ezután jeget adtunk a tányérunkhoz, ami gyors hőmérsékletcsökkenést indított el. Az alacsonyabb hőmérséklet hatására a vízgőz lecsapódott. Ez vízcseppek formájában volt látható, amelyek gyöngyöztek és végigfutottak az üveg oldalán. Így történik az eső. Esőt csináltunk az üvegünkben!

Ez a lecketerv is tetszhet neked: Tanulás a világító állatokról – biolumineszcencia vagy biofluoreszcencia?