Free Press

Vi kan börja studera livet och levande organismer med en ny uppsättning biologiexperiment för barn! Dessa är alla lätta och enkla att göra hemma eller i klassrummet, och alla är flytande eller vattenbaserade, så du har troligen allt du behöver till hands för att förverkliga dessa naturvetenskapliga projekt. Vi kommer att utforska osmos, kromatografi, homogenisering, transpiration, kapillär verkan och avdunstning.

Relaterat:

Gummy Bear Osmosis

”Lösta ämne” är en allmän term som avser en molekyl som är löst i en lösning. I en saltvattenlösning är till exempel saltmolekylerna de lösta ämnena. Ju mer salt vi lägger i lösningen, desto mer ökar koncentrationen av lösta ämnen.

Vatten rör sig från ett område med lägre koncentration av lösta ämnen till ett område med högre koncentration av lösta ämnen. Denna förflyttning av vattenmolekyler kallas ”osmos”. För att undersöka processen osmos och observera hur den fungerar kan vi titta på vad som händer med gummibjörnar när de får ligga i blöt i olika lösningar över natten.

Vad du behöver:

• Två behållare som skålar, koppar eller burkar
• Mätbägare
• Gummibjörnar
• Salt
• Vatten
• Linjaler

Anvisningar

1. Häll ½ kopp vatten i vardera av de två tomma behållarna. Tillsätt 1 tesked salt i en av behållarna och rör om ordentligt.

1. Tappa en gummibjörn i varje behållare och låt den stå i 8 timmar eller över natten.

1. Observera vad som hände med varje gummibjörn. Jämför gummibjörnarna med varandra och även med en gummibjörn som inte fick ligga i blöt över natten.

Vad händer?

Koncentrationen av lösningsmedel i gummibjörnen är högre än koncentrationen av lösningsmedel i vanligt vatten. Som ett resultat av detta strömmade vattnet i vårt experiment in i gummibjörnen och fick den att svälla, och det är därför gummibjörnen växte över natten.

Det samma gäller för gummibjörnen som placeras i saltvattenlösningen. Skillnaden i koncentrationen av lösta ämnen var dock inte lika stor, så mindre vatten flödade in i gummibjörnen. Med andra ord krävdes det mindre vatten för att balansera koncentrationen av lösta ämnen inuti och utanför gummibjörnen. Således växte gummibjörnen i saltvattenlösningen mindre än björnen i den vanliga vattenlösningen.

Du kan experimentera med olika koncentrationer av lösta ämnen för att se hur det påverkar resultatet. Vad händer om du tillsätter dubbelt så mycket salt till vattenbadet över natten? Finns det någon mängd salt som kan tillsättas för att hålla gummibjörnen lika stor?

Explorera kromatografi

Kromatografi är en teknik som används för att skilja ut komponenterna i en blandning. Tekniken använder sig av två faser – en mobil fas och en stationär fas. Det finns flera olika typer av kromatografi, men i det här experimentet kommer vi att titta på papperskromatografi.

I papperskromatografi är den stationära fasen filterpapper. Den rörliga fasen är det flytande lösningsmedel som rör sig över filterpappret. I det här experimentet kommer vi att använda tusch för att undersöka hur kromatografi fungerar.

Vad du behöver:

• Tre genomskinliga behållare, t.ex. dricksglas eller masonburkar
• Koffefilter
• Rubbningsalkohol
• Vegetabilisk olja
• Vatten
• Vatten
• Vattenlöslig markering, valfri färg
• Sharpie-marker, valfri färg
• Linjal
• Blyertspenna

Anvisningar

1. Märk en behållare med ett ”A”, en andra behållare med ett ”W” och en tredje behållare med ett ”O”.” Fyll botten av behållaren med ”A” med alkohol, behållaren med ”W” med vatten och behållaren med ”O” med vegetabilisk olja. Se till att vätskan i varje behållare inte kommer upp mer än ½ tum från botten.

1. Ta ut tre kaffefilter och mät ut 1 tum från botten. Markera denna plats genom att dra ett streck med blyertspennan. Gör en prick på denna linje med den vattenlösliga markören. Gör samma sak med Sharpie-markören.

1. Placera ett kaffefilter i varje behållare så att botten av kaffefiltret är nedsänkt i lösningsmedlet men att lösningsmedlet INTE rör prickarna med markörbläck. Lösningsmedlet kommer att vandra uppför kaffefiltret och förbi prickarna. Titta på vad som händer med prickarna när lösningsmedlet rör sig över dem.

Vad händer?

Lika löser lika, så ämnen kommer att interagera med lösningsmedel som liknar dem. Vattenlösligt tusch är polärt, så det kommer att interagera med polära rörliga faser som vatten och alkohol. När ett opolärt lösningsmedel som vegetabilisk olja rör sig över det kommer det inte att interagera och kommer därför inte att röra sig.

Sharpie markeringspenna är ”permanent” i den bemärkelsen att det inte kan tvättas bort med vatten. Det är inte vattenlösligt. När spriten rör sig över den ser vi dock att Sharpie-bläcket interagerar med den. Detta beror på att Sharpie-bläck innehåller alkoholer. Enligt principen ”lika löser lika” växelverkar det med spriten.

Användning av färgad mjölk för att observera homogenisering

Molekyler i en lösning tenderar att aggregera sig med andra molekyler som är likadant laddade. Fettmolekyler kommer till exempel att klumpa ihop sig med andra fettmolekyler. Mjölk består av olika typer av molekyler, bland annat fett, vatten och protein. För att förhindra att dessa molekyler separeras helt och hållet för att bilda lager genomgår mjölk en process som kallas homogenisering.

Även efter att ha genomgått homogenisering kommer dock fettmolekyler som flyter fritt i lösningen att samlas när mjölken får sitta ostört. För att visualisera denna process, och vad som händer när dessa molekyler sprids, kan vi använda matfärg och diskmedel.

Vad du behöver:

• Fullfettmjölk
• Tallrikstvål
• 1 liten skål
• Bomullstops

Anvisningar

1. Häll lite mjölk i en liten skål. Du behöver inte mycket mjölk för detta, bara tillräckligt för att fylla botten av skålen. Låt mjölken sätta sig så att mjölkens yta är stilla innan du går vidare till steg 2.

1. Häll en droppe matfärg på mjölkens yta.

1. Doppa en bomullspinne i diskmedel och rör vid bomullspinnen mot mjölkens yta, i direkt anslutning till droppen med matfärg. Vad händer med matfärgen?

Vad händer?

Har du någonsin försökt blanda olja och vatten? Fettmolekylerna i olja, precis som de i mjölk, är ”hydrofoba”, vilket innebär att de inte tycker om att vara i närheten av laddade molekyler som vatten och gör allt de kan för att hålla sig borta från dem. För att uppnå detta klumpar de ihop sig. Eftersom fettmolekylerna är mindre täta än vatten flyter fettklumparna upp och bildar ett lager över vattnet. I vårt experiment tillsatte vi matfärg till detta lager av fettkulor.

Disk tvål är ett rengöringsmedel. Tvättmedelsmolekyler har en hydrofob ände och en hydrofil ände. På grund av detta kan de bilda en bro mellan fettmolekylerna och vattenmolekylerna, vilket gör att fettkulorna bryts upp och sprids. Det vi ser när vi tillsätter diskmedel är denna spridning av fettklumparna, som för med sig matfärgen och resulterar i ett vackert batikfärgat mönster. Resultatet blir mer dramatiskt om man tillsätter flera droppar matfärg och inkluderar en mängd olika färger.

För att få vatten att röra sig genom kapillärverkan

Pappershanddukar är utformade för att snabbt fånga upp spill, och absorberar mycket vätska med bara ett fåtal ark. Men vad är det som gör pappershanddukar så absorberande? Svaret är delvis kapillär verkan.

I det här experimentet ska vi observera hur kapillär verkan fungerar för att göra pappershanddukar effektiva. Med hjälp av enbart pappershanddukar och de principer som styr kapillärverkan ska vi få vatten att röra sig från en behållare till en annan.

Vad du behöver:

• 3 behållare (koppar eller burkar)
• Vatten
• Pappershanddukar
• Matfärg

Anvisningar

1. Ställ upp de tre behållarna. Fyll de två behållarna i vardera änden ungefär ¾ full med vatten. Tillsätt flera droppar matfärg i var och en av burkarna. Vilken färg du använder är upp till dig, men effekten fungerar bäst om de två färgerna kombineras till en tredje färg. (Till exempel – gult och blått ger grönt.)

1. Fäll en pappershandduk i fyra på längden. Placera den ena änden av den vikta pappershandduken i en av behållarna fyllda med färgat vatten (se till att änden är nedsänkt i vattnet) och låt den andra änden hänga i den tomma behållaren. Upprepa med en andra pappershandduk och den återstående fyllda behållaren.

1. Låt behållarna stå i fyra timmar. Kontrollera dem efter 1 timme, 2 timmar och 4 timmar. Vad ser du?

Vad händer?

Pappershanddukar är mycket porösa. Dessa porer fungerar som små rör, eller kapillärer, som drar upp vatten. Två egenskaper gör att detta kan ske. Den första är vidhäftning. Vattenmolekyler dras till kapillärernas väggar och ”fastnar” på dem. Detta förstärks i vårt experiment eftersom pappershanddukar består av cellulosamolekyler som är mycket attraktiva för vatten. Den andra egenskapen är kohesion. Vattenmolekylerna gillar att hålla fast vid varandra. Tillsammans gör dessa två egenskaper det möjligt för vattnet att ”färdas” längs pappershandduken mot gravitationen, förflytta sig ut ur en behållare och falla ner i den andra.

Effektiva pappershanddukar är mer porösa än mindre effektiva märken, vilket ger dem en högre grad av absorptionsförmåga. Med hänsyn till detta, hur tror du att de framsteg som observeras vid varje tidpunkt skulle skilja sig åt om du använde pappershanddukar av låg kvalitet i stället för högabsorberande pappershanddukar? Hur skulle du förvänta dig att färgen i den mittersta burken skulle förändras om du använder en mindre absorberande pappershandduk för att få det blå vattnet att färdas och en mer absorberande pappershandduk för att få det gula vattnet att färdas?

Observation av Xylem i selleri

Alla växter behöver vatten för att överleva. För att kunna flytta vatten upp från jorden och in i sina skott och blad har växterna utvecklat ett system för vattentransport. Detta system kallas ”xylem”. Vi kan observera vattnets rörelse genom xylemtransport genom att placera selleristjälkar i färgat vatten. Det färgade vattnet rör sig genom stjälken och upp i bladen, vilket gör vattnets väg genom detta system synlig.

Vad du behöver:

• En behållare, till exempel en burk eller vas
• Selleri
• Föda färgämne
• Mätbägare
• Mätbägare
• Vatten

Anvisningar

1. Häll 1 kopp vatten i den tomma behållaren. Tillsätt 2 droppar matfärg i vattnet (eller hur många som helst för att få den önskade färgen) och rör om ordentligt för att blanda.

1. Välj en selleristjälk som har blad fäst i toppen. Skär bort ungefär 1 tum från stjälkens botten.

1. Placera stjälken upprätt i behållaren och se till att stjälkens botten är nedsänkt i vattnet.

1. Lämna sellerin ute över natten. Observera vad som händer. Ta upp sellerin ur vattnet och skär upp den för att få en bättre bild av vattnets väg.

Vad händer?

Plantor använder ett system som kallas xylem för att dra upp vatten från marken och transportera det upp genom skottet till sina blad. Denna process är passiv, vilket innebär att den inte kräver någon energi för att ske. Det är därför sellerin kunde dra upp vatten över natten. Sellerin drog färgat vatten genom sin stjälk via xylemtransportsystemet. Det färgade vattnet färdades hela vägen in i bladen och färgade dem.

Xylemtransportsystemet kan ses tydligare när sellerin skärs av. Det färgade vattnet färgar xylemcellerna och gör dem synliga.

Ett fenomen som driver vattenflödet genom en växt är transpiration. Transpiration är namnet på den process genom vilken vatten avdunstar från en växts blad. Vad tror du skulle hända om vi upprepade experimentet med en selleristjälk vars blad hade skurits av? Prova och se!

Hur man får det att regna inomhus

En av vattnets egenskaper är att det kan existera i olika faser. Det kan existera som en vätska, vilket är den form som vi är mest bekanta med, och det kan också existera som ett fast ämne (is) eller en gas (vattenånga). I det här experimentet tar vi vatten genom två av dess faser – vätska och gas. Vi kommer att observera hur temperaturen får vattnet att gå från en fas till en annan. På så sätt kan vi få en bättre uppfattning om vad som händer med vatten i naturen och vilken roll temperaturen spelar i vattencykeln.

Vad du behöver:

• En stor behållare, till exempel en burk
• En keramisk tallrik
• Vatten
• Is

Anvisningar

1. Värma upp cirka åtta koppar vatten till att det bara ångar. Detta kan göras på spisen eller i mikrovågsugnen, men på spisen får du mer kontroll över uppvärmningsprocessen.
2. Häll vattnet i burken tills den är helt full och låt burken stå i fem minuter. Detta kommer att värma burken för experimentet. Efter fem minuter kastar du vattnet.
3. Häll i tillräckligt mycket uppvärmt vatten för att fylla burken ungefär till hälften. Täck burkens öppning med plattan och se till att ingen ånga kan komma ut. Låt burken stå i tre minuter. Observera vad som händer med vattnet i burken. Notera alla förändringar som du ser.
4. När 3 minuter har gått placerar du tillräckligt med is ovanpå tallriken för att täcka dess yta. Observera vad som händer med burken.

Vad händer?

Vattencykeln är ansvarig för att producera regn. Flytande vatten avdunstar och skickar ut vattenånga i atmosfären. När vattenångan når den kallare luften i den övre atmosfären kondenserar den tillbaka till vattendroppar och bildar moln. Om för mycket vatten kondenseras, eller om temperaturen blir kallare, faller det kondenserade vattnet tillbaka ner till jorden i form av regn.

I detta experiment replikerade vi dessa förhållanden för att producera ”regn”. Först lät vi det uppvärmda vattnet bilda vattenånga inuti burken. Vattenångan fyllde utrymmet mellan vattenytan och plattan. Därefter lade vi is på plattan, vilket inledde en snabb temperatursänkning. Den lägre temperaturen fick vattenångan att kondensera. Detta var synligt som vattendroppar som pärlade och rann ner längs glasets sidor. Det är så här regn uppstår. Vi fick det att regna inne i vår burk!

Du kanske också gillar den här lektionsplanen: Lär dig om lysande djur – Bioluminescens eller biofluorescens?