Let’s dive into learning life and living organism with a new set of biology experiments for kids! これらの実験は、家庭や教室で簡単にできるものばかりです。また、すべて液体や水を使うので、これらの科学プロジェクトを実現するために必要なものはすべて手元にあるはずです。 浸透圧、クロマトグラフィー、均質化、蒸散、毛細管現象、蒸発を調べます。
関連項目。 物理と化学に関する子供のための他の科学実験の記事をチェックしてください！
Gummy Bear Osmosis
「溶質」は、溶液中に溶けている分子を指す一般的な用語です。 たとえば塩水溶液では、塩の分子が溶質となります。 塩を入れるほど溶質の濃度が高くなる。
水は、溶質の濃度が低いところから高いところへ移動する。 この水分子の移動は “浸透圧 “と呼ばれる。 浸透圧のプロセスを調べ、その仕組みを観察するために、グミを異なる溶液に一晩浸けておくとどうなるかを見てみましょう。
Gummy Bear Osmosis Printable Instructions
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What’s need you’re need:
- ボウル、カップ、瓶などの容器2つ
- 計量カップ
- グミ
- 塩
- 水
- 定規
やり方
- 2つの空の容器にそれぞれカップ半量の水を入れる。
- それぞれの容器にグミを入れ、8時間か一晩放置します。
What’s happening?
グミの中の溶質の濃度は、普通の水の中の溶質の濃度より高くなっています。 その結果、実験では、水がグミの中に流れ込んでグミが膨らみ、そのためにグミは一晩で大きくなりました。 しかし、溶質濃度の差はそれほど大きくないので、グミの中に流れ込む水の量は少なくなりました。 つまり、グミの内側と外側の溶質濃度をバランスさせるために必要な水の量が少なかったのです。 このように、塩水溶液中のグミは、普通の水溶液中のグミよりも成長が遅かったのです。
溶質濃度を変えて、それが結果にどう影響するかを実験することができます。 一夜漬けの水槽に2倍の塩を加えたらどうなるか？ 7896>
クロマトグラフィーを探求する
クロマトグラフィーは、混合物の成分を分離するために使用される手法です。 この技術では、移動相と固定相の2つの相を利用します。 クロマトグラフィーにはいくつかの種類がありますが、この実験ではペーパークロマトグラフィーを取り上げます。
ペーパークロマトグラフィーでは、固定相はろ紙です。 移動相は、ろ紙上を移動する液体溶媒です。 今回の実験では、マーカーインクを使って、クロマトグラフィーの仕組みを調べます。
必要なもの
- グラスや瓶などの透明な容器3つ
- コーヒーフィルター
- 消毒用アルコール
- 植物油
- 水
- 水溶性マーカー（水溶性）。 色
- シャープペンシル
- 定規
- 鉛筆
使用方法
- 1つの容器には「A」、2つ目の容器には「W」、3つ目の容器には「O」をつけてください。” A」の容器の底には消毒用アルコール、「W」の容器には水、「O」の容器には植物油を入れる。 各容器の液体が底から1.5インチ以上上がっていないことを確認します。
- コーヒーフィルターを3枚取り出し、底から1インチのところを測ります。 この場所に鉛筆で線を引き、印をつけます。 この線上に水溶性マーカーで点を1つ付けます。
- それぞれの容器にコーヒーフィルターを1枚ずつ入れ、コーヒーフィルターの底が溶剤に浸るようにしますが、溶剤はマーカーインクのドットに触れないようにします。 溶媒はコーヒーフィルターを伝って、ドットを通り過ぎます。
What’s happening?
Like dissolves like, so substances will interact with solvents that similar to it. 水溶性マーカーインクは極性をもっているので、水やアルコールなどの極性移動相と相互作用します。
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シャーペンのマーカーインクは、水で洗い流せないという意味で「永久」なのです。 水溶性ではない。 しかし、その上を消毒用アルコールが移動すると、シャープペンのインクが相互作用していることがわかります。 これは、シャープペンのインクにアルコール類が含まれているからです。 7896>
絞り染めの牛乳を使って均質化を観察する
溶液中の分子は、同様に帯電している他の分子と凝集する傾向があります。 たとえば、脂肪分子は、他の脂肪分子と一緒に集まります。 牛乳は、脂肪、水、タンパク質など、さまざまな種類の分子でできています。 しかし、均質化しても、溶液中に自由に浮遊している脂肪分子は、そのままにしておくと集まってきてしまいます。 この過程と、分子が分散するとどうなるかを、食紅と食器用洗剤を使って視覚化することができます。
必要なもの：
- 全脂肪乳
- 食器用洗剤
- 小ボウル1個
- 綿棒
やり方
- 小ボウルに牛乳を少し注ぎます。 牛乳の量は、ボウルの底が埋まる程度でかまいません。
- 牛乳の表面に食紅を1滴落とします。
綿棒に食器用洗剤をつけ、牛乳の表面、食紅の滴のすぐ近くに綿棒を当てます。 着色料はどうなるのでしょうか？
どうなっているのでしょうか？
油と水を混ぜてみたことがあるでしょうか？ 油の脂肪分子は、牛乳の脂肪分と同じように「疎水性」です。つまり、水のような帯電した分子の近くにいるのを嫌い、何が何でも近づかないようにします。 そのために、脂肪分同士をくっつけるのです。 脂肪分子は水より密度が小さいので、脂肪球は浮き上がって水の上に層を形成します。 私たちの実験では、この脂肪球の層に食紅を加えました。
食器用洗剤は洗浄剤です。 洗剤の分子には、疎水性の端と親水性の端がある。 そのため、脂肪分子と水分子の間に橋をかけ、脂肪球を分解して分散させることができるのです。 食器用洗剤を入れると、この脂肪の塊が分散して、着色料も一緒に運ばれて、きれいな絞り染めの模様になるのです。 7896>
毛細管現象で水を運ぶ
ペーパータオルは、こぼれたものを素早く拾い、わずか数枚でたくさんの液体を吸い取るように設計されています。 しかし、ペーパータオルのどこがそんなに吸収力があるのでしょうか。
この実験では、毛細管現象がペーパータオルを効率的にしていることを観察します。 ペーパータオルだけを使い、毛細管現象の原理を利用して、ある容器から別の容器に水を移動させます。
必要なもの：
- 容器（カップまたは瓶）3個
- 水
- ペーパータオル
- 着色料
方法
- 容器3つを並べます。 両端の2つの容器には、水を3/4程度入れます。 それぞれの容器に食紅を数滴垂らします。 どんな色を使うかは自由ですが、2つの色が組み合わさって3色目になると、最も効果的です。 (例えば、黄色と青で緑になります）
- ペーパータオルを縦に4つ折りにします。 折ったペーパータオルの片方の端を、色水を入れた容器の片方に入れ（端が水に浸かっていることを確認）、もう片方を空の容器に垂らします。
- 4時間放置します。 1時間後、2時間後、4時間後に確認します。 何が見えますか？
何が起こっていますか？
ペーパータオルは非常に多孔質です。 この孔が小さな管、つまり毛細血管のように機能して、水を吸い上げているのです。 2つの特性がこれを可能にしています。 1つ目は粘着性です。 水分子は毛細血管の壁に引き寄せられ、「くっつく」のです。 ペーパータオルは、水と非常に強く引き合うセルロース分子でできているため、この実験ではこの性質が強化されています。 2つ目の性質は、凝集性です。 水の分子は互いにくっつくのが好きなのです。 この 2 つの特性を合わせると、水は重力に逆らってペーパータオルに沿って「移動」し、一方の容器から移動して他方の容器に落ちます。
効率のよいペーパータオルは、効率の悪いブランドよりも多孔質で、高い吸水性があります。 このことを考慮して、吸水性の高いペーパータオルではなく、低品質のペーパータオルを使用した場合、各時点で観察される経過はどのように異なると思いますか？ 青い水を移動させるために吸収性の低いペーパータオルを使い、黄色い水を移動させるために吸収性の高いペーパータオルを使った場合、真ん中の瓶の色はどう変化すると思いますか？
セロリの木部を観察する
すべての植物は生きるために水を必要としています。 土から水を汲み上げ、新芽や葉に運ぶために、植物は水輸送のシステムを発達させてきました。 このシステムは “木部 “と呼ばれる。 セロリの茎を色のついた水の中に入れると、木部輸送による水の動きを観察することができます。 色のついた水は茎を通り、葉の中まで移動するので、このシステムを通る水の道筋が見えるのです。
必要なもの：
- 瓶や花瓶などの容器
- セロリ
- 着色料
- 計量カップ
- 水
方法
- 空の容器に1カップ分の水を入れる。 着色料2滴を加え、よく混ぜます。
- セロリの茎は、上に葉がついているものを選びます。
- 容器に茎を立てて入れ、茎の下が水に浸かるようにします。
- セロリを一晩放置します。 何が起こるか観察する。
何が起こっているのか？
植物は木部というシステムを使って、地面から水を引き上げ、芽を通して葉に運びます。 このプロセスは受動的で、発生するためにエネルギーを必要としないことを意味します。 だから、セロリは一晩中、水を吸い上げることができたのです。 セロリは、木部輸送システムによって、茎の中に色のついた水を引き上げた。
木部輸送系は、セロリを切るとよりはっきり見ることができる。
植物体内の水の流れを促進する現象のひとつに蒸散がある。 植物の葉から水が蒸発することを「蒸散」という。 葉を切り落としたセロリの茎を使って実験を繰り返すとどうなると思いますか？ 試してみてください！
室内で雨を降らせる方法
水の性質の1つは、異なる相で存在することができるということです。 私たちが最もよく知っている液体として存在することもあれば、固体（氷）、気体（水蒸気）として存在することもあります。 この実験では、水を液体と気体という2つの相に変化させます。 温度によって水がどのように相転移するのかを観察します。 これにより、自然界で水がどうなっているのか、また、水循環の中で温度がどのような役割を担っているのかが、よりよく理解できるようになります。
必要なもの：
- 瓶などの大きな容器
- セラミックプレート
- 水
- 氷
方法
- 約8カップの水をちょうど蒸すように加熱する。 これはコンロでも電子レンジでもできますが、コンロの方が加熱のプロセスをよりコントロールできます。
- 水をビンに満杯まで注ぎ、ビンを5分間放置しておきます。 これで実験用の瓶が温まります。 5分後、水を捨てる。
- 瓶が半分くらいになるように温めた水を入れる。 瓶の口を皿で覆い、蒸気が逃げないようにします。 3分ほど放置します。 瓶の中の水がどうなっているかを観察します。
- 3分後、皿の上に表面が隠れる程度の氷をのせます。
何が起こっているのでしょう？
水循環は、雨を降らせる役割を担っています。 液体の水が蒸発し、水蒸気が大気中に放出されます。 水蒸気が上空の冷たい空気に達すると、再び凝縮して水滴となり、雲ができます。 凝縮した水が多すぎたり、気温が低くなったりすると、雨となって地上に降り注ぐ。
今回の実験では、この条件を再現して、”雨 “を降らせました。 まず、加熱した水を瓶の中に入れて水蒸気を発生させました。 水蒸気は水面と皿の間に充満しています。 次に、皿に氷を入れ、一気に温度を下げました。 温度が下がると、水蒸気が凝縮します。 その結果、水滴がビーズ状になり、ビンの側面を伝って流れていくのが見えました。 こうして雨が降るのです。 私たちは瓶の中で雨を降らせました！
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