Химик - профессия очень интересная и многогранная, объединяющая под своим крылом множество разных специалистов: ученых-химиков, химиков-технологов, химиков-аналитиков, нефтехимиков, преподавателей химии, фармацевтов и многих других. Мы решили вместе с ними отметить приближающийся День химика 2017, поэтому выбрали несколько интересных и впечатляющих экспериментов в рассматриваемой области, которые сможет повторить даже тот, кто от профессии химика максимально далек. Лучшие химические опыты в домашних условиях - читайте, смотрите и запоминайте!

Когда отмечают День химика

Прежде чем мы начнем рассматривать наши химические опыты, уточним, что традиционно День химика отмечают на территории государств постсоветского пространства в самом конце весны, а именно - в последнее воскресенье мая. Это значит, что дата не фиксирована: например, в 2017 году День химика отмечается 28 мая. И если вы работаете в сфере химической промышленности, либо изучаете специальность из этой области, или как-то иначе непосредственно связаны с химией по долгу службы, значит, имеете полное право в этот день присоединиться к торжеству.

Химические опыты в домашних условиях

А теперь приступаем к главному, и начинаем выполнять интересные химические опыты: лучше всего делать это вместе с маленькими детьми, которые точно воспримут происходящее как магический фокус. Причем мы постарались подобрать такие химические эксперименты, реактивы к которым можно легко достать в аптеке или магазине.

Опыт №1 - Химический светофор

Начнем с очень простого и красивого опыта, который получил такое название отнюдь не зря, ведь участвующая в эксперименте жидкость будет менять свой цвет как раз на цвета светофора - красный, желтый и зеленый.

Вам понадобится:

  • индигокармин;
  • глюкоза;
  • каустическая сода;
  • вода;
  • 2 прозрачные стеклянные емкости.

Пусть названия некоторых ингредиентов вас не пугают - глюкозу в таблетках можно запросто купить в аптеке, индигокармин продается в магазинах как пищевой краситель, а каустическую соду найдете в хозяйственном магазине. Емкости лучше взять высокие, с широким основанием и более узким горлом, например, колбы, чтобы их было удобнее взбалтывать.

Но чем интересны химические опыты - здесь всему есть объяснение:

  • Смешав глюкозу с каустической содой, т. е. гидроксидом натрия, мы получили щелочной раствор глюкозы. Затем, смешав его с раствором индигокармина, мы окисляем жидкость кислородом, которым она насытилась во время переливания из колбы - это и есть причина появления зеленого цвета. Далее в качестве восстановителя начинает работать глюкоза, постепенно меняя цвет на желтый. Но встряхнув колбу, мы снова насыщаем жидкость кислородом, позволяя химической реакции пройти этот круг заново.

О том, как интересно это выглядит вживую, вы получите представление из данного короткого ролика:

Опыт №2 - Универсальный индикатор кислотности из капусты

Дети обожают интересные химические опыты с разноцветными жидкостями, это не секрет. Но и мы, как взрослые, ответственно заявляем, что выглядят такие химические эксперименты очень зрелищно и любопытно. Поэтому мы советуем вам провести в домашних условиях еще один «цветовой» опыт - демонстрацию удивительных свойств краснокочанной капусты. В ней, как и во многих других овощах и фруктах, содержатся антоцианы - природные красители-индикаторы, меняющие свой цвет в зависимости от уровня pH - т.е. степени кислотности среды. Это свойство капусты нам и пригодится, чтобы получить далее разноцветные растворы.

Что нам понадобится:

  • 1/4 краснокочанной капусты;
  • сок лимона;
  • раствор пищевой соды;
  • уксус;
  • сахарный раствор;
  • напиток типа «Спрайт»;
  • дезинфицирующее средство;
  • отбеливатель;
  • вода;
  • 8 колб или бокалов.

Многие вещества из этого списка довольно опасны, поэтому соблюдайте осторожность, выполняя простые химические опыты в домашних условиях, наденьте перчатки, по возможности защитные очки. И не подпускайте детей слишком близко - они могут опрокинуть реагенты или итоговое содержимое цветных колбочек, даже захотеть их попробовать, чего никак нельзя допустить.

Приступаем к выполнению:

А как эти химические опыты объясняют изменения цвета?

  • Дело в том, что на все объекты, которые мы видим, падает свет - а он содержит в себе все цвета радуги. При этом каждый цвет в луче спектра имеет свою длину волны, а молекулы разной формы, в свою очередь, отражают и поглощают эти волны. Та волна, которая отражается от молекулы, и является той, которую мы видим, и это определяет, какой цвет мы воспринимаем - ведь другие волны просто поглощаются. И в зависимости от того, какое вещество мы добавляем к индикатору, он и начинает отражать только лучи определенного цвета. Ничего сложного!

Немного другой вариант этого химического опыта, с меньшим количеством реагентов, смотрите в видео:

Опыт №3 - Танцующие желейные червячки

Продолжаем делать химические опыты в домашних условиях - и третий эксперимент мы проведем над всеми любимыми желейными конфетками в виде червячков. Даже взрослым он покажется забавным, а детей и вовсе в восторг приведет.

Возьмите следующие ингредиенты:

  • горсть желейных червячков;
  • уксусную эссенцию;
  • обыкновенную воду;
  • пищевую соду;
  • стаканы - 2 шт.

Выбирая подходящие конфеты, остановитесь на гладких тягучих червячках, без сахарной обсыпки. Чтобы они не были тяжелыми и легче шевелились, разрежьте каждую конфетку вдоль на две половинки. Итак, начинаем интересные химические опыты:

  1. Сделайте в одном стакане раствор теплой воды и 3 столовых ложек соды.
  2. Поместите туда червячков и подержите их там около пятнадцати минут.
  3. Другой глубокий стакан заполните эссенцией. Теперь можно потихоньку бросать желешки в уксус, наблюдая, как они начинают двигаться вверх-вниз, что в некотором роде похоже на танец:

Почему так происходит?

  • Все просто: пищевая сода, в которой четверть часа пропитываются червячки - это гидрокарбонат натрия, а эссенция - 80% раствор уксусной кислоты. Когда они вступают в реакцию, образуется вода, углекислый газ в виде мелких пузырьков и натриевая соль уксусной кислоты. Именно углекислым газом в виде пузырей обрастает червячок, поднимается вверх, а затем опускается, когда они лопаются. Но процесс все еще продолжается, заставляя конфетку подниматься на образующихся пузырьках и опускаться вплоть до полного своего завершения.

А если вы всерьез интересуетесь химией, и хотите, чтобы в будущем День химика стал и вашим профессиональным праздником, то вам наверняка будет любопытно посмотреть следующее видео, где подробно рассказывается о типичных буднях студентов-химиков и их увлекательной учебно-научной деятельности:


Забирай себе, расскажи друзьям!

Читайте также на нашем сайте:

Показать еще

Занимательная физика в нашем изложении расскажет, почему в природе не может быть двух одинаковых снежинок и зачем машинист электровоза сдает назад перед тем, как тронуться, где находятся самые большие запасы воды и какое изобретение Пифагора помогает бороться с алкоголизмом.

Родители маленьких непосед могут удивить их опытами, которые можно провести в домашних условиях. Легкие, но в то же время удивительные и вызывающие восторг, они способны не только разнообразить досуг ребенка, но и позволят взглянуть на привычные вещи совсем другими глазами. И открыть для себя их свойства, функции, назначение.

Юные естествоиспытатели

Эксперименты дома, прекрасно подходящие для детей до 10 лет - лучший способ помочь ребенку накопить практический опыт, который пригодится ему в будущем.

Техника безопасности при проведении экспериментов

Для того, чтобы проведение познавательных экспериментов не было омрачено неприятностями и травмами, достаточно запомнить несколько простых, но важных правил.


Техника безопасности - на первом месте
  1. Перед тем, как начать работу с химическими веществами, рабочую поверхность нужно защитить, застелив пленкой или бумагой. Это избавит родителей от ненужной уборки и позволит сохранить внешний вид и функциональность мебели.
  2. В процессе работы не нужно слишком близко подходить к реагентам, наклоняясь над ними. Особенно если в планах – химические эксперименты для маленьких детей, в которых участвую небезопасные вещества. Мера позволит защитить слизистые рта и глаза от раздражения и ожогов.
  3. По возможности нужно использовать защитные приспособления: перчатки, очки. Они должны подходить ребенку по размеру и не мешать ему во время проведения эксперимента.

Простые эксперименты для самых маленьких

Развивающие опыты и эксперименты для самых маленьких детей (или для детей до 10 лет), как правило просты и не требуют от родителей ни особых умений, ни редкого или дорогостоящего оборудования. Зато радость открытия и чуда, которое так легко сделать своими руками, останется с ним надолго.

Например, в неописуемом восторге дети будут от самой настоящей семицветной радуги, которую они смогут вызвать сами при помощи обычного зеркала, емкости с водой и листа белой бумаги.


Опыт с радугой в бутылке

Для начала на дно небольшого таза или ванны кладется зеркало. Затем, он наполняется водой; а на зеркало направляется свет фонаря. После того, как свет отразится и пройдет через воду, он разложится на составляющие его цвета, став той самой радугой, которую можно будет увидеть на листе белой бумаги.

Еще один, очень простой и красивый опыт можно провести при помощи обычной воды, проволоки и соли.

Чтобы приступить к эксперименту, нужно приготовить перенасыщенный раствор соли. Рассчитать нужную концентрацию вещества довольно просто: при необходимом количестве соли в воде она перестает растворяться при добавлении очередной порции. Очень хорошо использовать для этой цели теплую дистиллированную воду. Для того, чтобы эксперимент прошел удачнее, готовый раствор также можно перелить в другую емкость – это удалит грязь и сделает его чище.


Опыт «Соль на проволоке»

Когда все будет готово, в раствор опускается небольшой кусочек медной проволоки с петлей на конце. Сама емкость убирается в теплое место и оставляется там на определенное время. По мере того, как раствор начнет остывать, растворимость соли понизится, и она начнет оседать на проволоке в виде красивых кристаллов. Заметить первые результаты можно будет уже через несколько дней. Кстати, использовать в эксперименте можно не только обычную, прямую проволоку: скручивая из нее причудливые фигурки, можно выращивать кристаллы самого разного размера и формы. Кстати, этот эксперимент подарит ребенку отличную идею новогодних игрушек в виде самых настоящих ледяных снежинок – достаточно просто найти гибкую проволоку и сформировать из нее красивую симметричную снежнику.

Неизгладимое впечатление на ребенка смогут произвести также и невидимые чернила. Приготовить их очень просто: достаточно просто взять чашку воды, спички, вату, половину лимона. И лист, на котором можно будет написать текст.


Невидимые чернила можно купить готовые

Для начала в чашке нужно смешать равное количество лимонного сока и воды. Затем, на зубочистку или тонкую спичку наматывается немного ваты. Получившийся «карандаш» обмакивается в смесь в полученную жидкость; затем им можно написать на листе бумаги любой текст.

Несмотря на то, что вначале слова на бумаге будут абсолютно невидимы, проявить их будет очень легко. Для этого лист с уже подсохшими чернилами нужно поднести к лампе. На разогретом листе бумаги сразу проявятся написанные слова.

Кто из детей не любит воздушные шары?

Оказывается, даже надуть обычный шар можно весьма оригинальным способом. Для этого нужно растворить в бутылке воды одну ложку пищевой соды. И в другой чашке смешиваются сок одного лимона и три столовых ложки уксуса. После, содержимое чашки вводится в бутылку (для удобства можно использовать небольшую воронку). Шарик нужно надеть на горлышко бутылки максимально быстро, пока химическая реакция не окончится. За это время углекислый газ сможет быстро надуть шарик под давлением. Для того чтобы шарик не соскочил с горлышка бутылки, его можно будет закрепить при помощи изоленты или скотча.


Опыт «Надуть шарик»

Очень интересно и необычно выглядит цветное молоко, цвета которого будут двигаться, причудливо смешиваясь между собой. Для этого эксперимента нужно налить в тарелку немного цельного молока и добавить в него несколько капель пищевого красителя. Отдельные области жидкости окрасятся в разные цвета, но при этом пятна будут оставаться неподвижными. Как же привести их в движение? Очень просто. Достаточно взять небольшую ватную палочку и, предварительно обмакнув в моющее средство, поднести к поверхности цветного молока. Вступив в реакцию с молекулами молочного жира, молекулы моющего средства заставят его двигаться.


Опыт «Рисунки на молоке»

Важно! Для этого эксперимента не подойдет обезжиренное молоко. Можно использовать только цельное!

Наверняка всем детям доводилось наблюдать дома и на улице за забавными пузырьками воздуха в минеральной или сладкой воде. Но достаточно ли они сильны для того, чтобы поднять на поверхность зерно кукурузы или изюма? Оказывается, да! Чтобы проверить это достаточно налить в бутылку любую газированную воду, а после – бросить в нее немного кукурузы или изюма. Ребенок сам убедится в том, как легко под действием пузырьков воздуха и кукуруза, и изюм начнут подниматься вверх, а после – достигнув поверхности жидкости – снова опускаться вниз.

Эксперименты для детей более старшего возраста

Детям более старшего возраста (от 10 лет) можно будет предложить уже более сложные химические эксперименты, требующие большего количества компонентов. Эти эксперименты для более старших детей немного сложнее, но дети уже могут принимать в них участие.

Для соблюдения техники безопасности дети до 10 лет должны проводить эксперименты под строгим контролем взрослых, в основном в роли зрителя. Дети старше 10 лет могут принимать в опытах более активное участие.

Примером такого эксперимента может быть создание лавовой лампы. Наверняка о таком чуде мечтают многие дети. Но, куда приятнее сделать ее своими руками, используя для этого простые компоненты, которые наверняка найдутся в каждом доме.


Опыт «Лавовая лампа»

Основой лавовой лампы станет небольшая банка или самый обычный стакан. Кроме этого для опыта понадобятся растительное масло, вода, соль и немного пищевого красителя.

Банка, или другая емкость, используемая в качестве основы лампы, наполняется водой на две трети и на треть маслом. Поскольку масло значительно легче воды по весу, она останется на ее поверхности, не смешиваясь с ней. Затем, в банку добавляется немного пищевого красителя – это придаст лавовой лампе цвет и сделает эксперимент красивее и зрелищнее. И после этого в полученную смесь кладется чайная ложка соли. Для чего? Соль заставляет масло опускаться на дно в виде пузырьков, а затем, растворяясь, выталкивает их вверх.

Следующий химический эксперимент поможет сделать увлекательным интересным такой школьный предмет, как географию.


Изготовление вулкана своими руками

Ведь изучать вулканы куда интереснее тогда, когда рядом есть не просто сухой книжный текст, но целая модель! Особенно, если сделать ее легко дома своими руками, пользуясь доступными подручными средствами: прекрасно подойдет песок, пищевой краситель, сода, уксус и бутылка.

Для начала на подносе устанавливается бутылка – она станет основой будущего вулкана. Вокруг него нужно слепить небольшой конус из песка, глины или пластилина – так гора приобретет более законченный и правдоподобный вид. Теперь нужно вызвать извержение вулкана: в бутылку заливается немного теплой воды, затем – немного соды и пищевого красителя (красного или оранжевого цвета). Завершающим штрихом станет четверть стакана уксуса. Вступив в реакцию с содой, уксус начнет активно выталкивать наружу содержимое бутылки. Этим и объясняется интересный эффект извержения, который можно наблюдать вместе с ребенком.


Вулкан можно сделать из зубной пасты

Может ли бумага гореть, не сгорая?

Оказывается, да. И эксперимент с несгораемыми деньгами легко докажет это. Для этого десятирублевая денежная купюра погружается в 50% раствор спирта (вода смешивается со спиртом в пропорции 1 к 1, к ней добавляется щепотка соли). После того, как купюра как следует пропитается, лишняя жидкость удаляется с нее, а сама купюра поджигается. Вспыхнув, она начнет гореть, но при этом совершенно не сгорит. Объяснить этот опыт довольно просто. Температура, при которой горит спирт недостаточно высока для того, чтобы испарить воду. Благодаря этому даже после того, как вещество догорит полностью, деньги останутся слегка влажными, но абсолютно целыми.


Опыты со льдом всегда пользуются успехом

Юным любителям природы можно предложить прорастить дома семена не используя при этом почву. Как это делается?

В яичную скорлупу кладется немного ваты; она активно смачивается водой, а затем в нее кладется немного семян (например, люцерны). Буквально через несколько дней можно будет заметить первые ростки. Таким образом, для прорастания семян далеко не всегда бывает нужна почва – достаточно лишь воды.

А следующий эксперимент, который легко провести дома для детей наверняка придется по душе девочкам. Ведь кто из них не любит цветы?


Окрашенный цветок можно подарить маме

Особенно самых необычных, ярких оттенков! Благодаря простому опыту прямо перед изумленными детьми простые и привычные всем цветы могут окраситься в самый неожиданный цвет. Тем более, что сделать это предельно просто: достаточно поставить срезанный цветок в воду с добавленным в нее пищевым красителем. Поднимаясь по стеблю к лепесткам, химические красители окрасят их в нужные вам цвета. Чтобы вода лучше впитывалась, срез лучше делать по диагонали – так он будет иметь максимальную площадь. Для того, чтобы цвет проявился ярче, желательно использовать светлые, или белые цветы. Еще более интересный и фантастических эффект получится если перед началом опыта стебель будет расщеплен на несколько частей и каждая из них будет погружена в свой стакан с окрашенной водой.

Лепестки окрасятся в сразу во все цвета самым неожиданным и причудливым образом. Что несомненно произведем неизгладимое впечатление на ребенка!


Опыт «Цветная пена»

Всем известно, что под действием силы тяжести вода может стекать только вниз. Но, можно ли сделать так, чтобы она поднималась вверх по салфетке? Для проведения этого опыта обычный стакан наполняется водой примерно на треть. Салфетка складывается несколько раз так, чтобы получится неширокий прямоугольник. После этого салфетка снова разворачивается; немного отступив от нижнего края на ней нужно начертить линию из цветных точек достаточно большого диаметра. Салфетка погружается в воду так, чтобы она примерно на полтора сантиметра ее окрашенная часть оказалась в ней. Соприкоснувшись с салфеткой, вода начнет постепенно подниматься вверх, окрашивая ее разноцветными полосками. Этот необычный эффект происходит благодаря тому, что имея пористую структуру, волокна салфетки легко пропускают воду вверх.


Опыт с водой и салфеткой

Для проведения следующего опыта понадобятся небольшая промокашка, формочки для печенья разной формы, немного желатин, прозрачный пакет, стакан и вода.


Желатиновая вода не смешивается

Желатин растворяется в четверти стакана воды; он должен набухнуть и увеличиться в объеме. Затем, вещество растворяется на водяной бане и доводится примерно до 50 градусов. получившуюся жидкость нужно тонким слоем распределить по целлофановому пакету. При помощи формочек для печенья из желатина вырезаются фигурки различной формы. После этого их нужно уложить на промокашку или салфетку, а после – подышать на них. Теплое дыхание заставит желатин увеличиваться в объеме, благодаря чему фигурки начнут изгибаться с одной из сторон.

Опыты, проведенные дома с детьми, очень легко разнообразить.


Желатиновые фигурки из формочек

Зимой можно попробовать несколько видоизменить эксперимент, вынеся желатиновые фигурки на балкон или оставив на некоторое время в морозильной камере. Когда под действием холода желатин застынет, на нем отчетливо проступят узоры ледяных кристаллов.

Заключение


Описание других опытов

Восторг и море положительных эмоций – вот что подарит экспериментирование для любопытных детей проведенное вместе со взрослыми. А родители позволят себе разделить с юными исследователями радость первых открытий. Ведь сколько бы лет не было человеку – возможность хотя бы ненадолго вернуться в детство по-настоящему бесценна.

Проведение эксперимента - это тот самый метод, которым вооружены ученые, собирающиеся исследовать тот или иной феномен в надежде узнать про окружающий нас мир что-нибудь новое. Хорошие эксперименты следуют четкому и логически упорядоченному плану, нацеленному на выделение и проверку четких, конкретно обозначенных переменных. Изучив фундаментальные принципы, лежащие в основе проведения научных экспериментов, вы сможете применить их и в своих собственных экспериментах. Вне зависимости от цели исследования, все хорошие эксперименты проводятся по принципам логики и дедукции, лежащим в основе научного метода познания, и не важно, что именно вы изучаете - что-то на школьном уровне или же бозон Хиггса.

Шаги

Часть 1

Подготовка научного эксперимента

    Выберите тему исследования. Эксперименты, чьи результаты приводят к полномасштабному пересмотру взглядов научного сообщества на ту ил иную проблему, крайне редки. Большая часть экспериментов ставит перед собой задачу поскромнее - ответить на какой-то конкретный вопрос. Научное знание имеет в своей основе накопление знаний, получаемых в ходе бесчисленных экспериментов. Выберите тему или вопрос, остающийся без ответа, которые можно исследовать, проведя небольшой эксперимент.

    • Например, если вы хотите провести эксперимент с сельскохозяйственным удобрением, то формулируйте вопрос не так - “Какое удобрение самое лучшее?” Почему? В мире полным-полно различных удобрений, в рамках одного эксперимента вы не сможете исследовать все сразу. Лучше будет сделать вопрос конкретнее: “какая концентрация азота в удобрении приводит к самым высоким урожаям кукурузы?”.
    • Современное научное знание - штука очень, очень обширная. Если вы намереваетесь провести серьезное научное исследование, то перед началом эксперимента тщательнейшим образом изучите, как говорится, матчасть. Может, в прошлом уже проводились эксперименты, отвечающие на ваш вопрос? Если да, то скорректируйте тему своего исследования так, чтобы изучить какую-то тему, которая так и осталась неисследованной.

  1. Выделите переменную или переменные. Хороший научный эксперимент занимается тем, что тестирует конкретные, измеряемые параметры, которые называются “переменные”. Если в общих чертах, то ученый проводит эксперимент с некоторым рядом тестируемых переменных. При проведении эксперимента крайне важно изменять только конкретные переменные, исследуемые вами (и только их)!

    • Вернемся к примеру с удобрением. Наш ученый будет выращивать кукурузу на нескольких грядках в почке, удобренной удобрениями с разным содержанием азота. На каждую грядку будет вноситься одинаковое количество удобрений. Более того, ученый даже обязательно убедится в том, что содержание азота - это единственная разница между удобрениями. Кроме того, ученый будет выращивать одно и тоже количество растений кукурузы на каждой грядке, будет выращивать их в одно и то же время и в одном и том же типе почвы.

  2. Выступите с гипотезой. Гипотеза - это мнение о том, какими будут результаты эксперимента. Гипотеза, к слову сказать, это вовсе не слепая догадка, нет! Хорошие гипотезы составляются на базе предварительного исследования темы эксперимента (это проводится в момент выбора темы исследования). Постройте гипотезу на основании данных, полученных в ходе схожих экспериментов, проведенных вашими коллегами или, если изучаемая вами проблема еще не очень хорошо задокументирована, на основании научной литературы и проведенных исследований, данные которых вы сумеете найти. И помните, что гипотеза может оказаться и ошибочной - но даже в таком случае это будет считаться результатом, достижением! Почему? А потому, что вы доказали, что гипотеза, предложенная вами, не верна.

    • Как правило, гипотеза имеет вид квантифицирующего декларативного предложения. Гипотеза также учитывает то, как будут изменяться параметры эксперимента. Для нашего эксперимента с удобрениями хорошая гипотеза прозвучит так: “Удобрение кукурузы удобрениями, содержащими 400 г. азота на 36.3 литра, приведет к большей массе урожая, нежели в случае использования удобрений с другим содержанием азота”.

  3. Обдумайте, как вы будете собирать данные. Важно заранее знать две вещи: 1) когда вы будете собирать данные; 2) какие вы будете собирать данные. Измерять эти данные надо в условное время или, если то необходимо, через регулярные интервалы. В нашем случае измеряется вес урожаев кукурузы в килограммах после определенного периода роста. Затем это сравнится с содержанием азота в удобрениях, которые вносили в почку. Впрочем, в других экспериментах вполне уместно будет производить сбор данных интервально.

    • Если организовать данные в таблицу, то работать будет гораздо проще.
    • Знайте разницу между зависимыми и независимыми переменными. Независимые переменные - это то, что меняете вы. Зависимые переменные - то, что меняется с изменением независимой переменной. В нашем примере, соответственно, независимой переменной будет “содержание азота”, а зависимой - масса урожая. Все эти данные хорошо встанут в таблицу в соответствующие колонки.

  4. Методично проведите эксперимент. Начните свой эксперимент и тестируйте переменную. Практически во всех случаях, когда нужно измерить несколько переменных, вам придется провести эксперимент несколько раз. Так, мы будем выращивать идентичные растения кукурузы и удобрять их удобрениями с разным содержанием азота. И чем шире диапазон входящих данных, тем лучше. Записывайте столько данных, сколько это вообще возможно.

    • Неотъемлемой частью любого хорошего эксперимента является т.н. “контрольный образец”. Так, одна из ваших грядок с кукурузой должна быть без исследуемой переменной. Говоря проще, одну грядку нужно удобрять удобрением, в котором нет азота. Это и будет контрольным образцом - своего рода базовой линией, в сравнении с которой будут изучаться прочие грядки.
    • Работая с опасными материалами или выполняя опасные действия, соблюдайте все требования безопасности.

  5. Соберите данные. Вносите получаемые в ходе эксперимента данные в таблицу по мере поступления - так будет проще работать. Не забывайте указывать резко выделяющиеся значения.

    • Очень полезно будет визуально представлять данные, особенно если такая возможность есть. Разместите на графике ключевые точки и обозначьте тренды прямой или курсивной линией. Это поможет вам и всем остальным визуализировать шаблоны из данных. В простейших экспериментах за ось х берут данные по независимым переменным, а осью у служат данные по зависимым переменным.

  6. Проанализируйте данные и сделайте вывод. Была ли гипотеза верна? Какие тренды можно выделить на основе наблюдаемых данных? Столкнулись ли вы с чем-то неожиданным в ходе эксперимента? Остались ли у вас вопросы без ответа, которые могут составить основу для следующего эксперимента? Оценивая результаты, постарайтесь ответить на все эти вопросы. Если же ваши данные не позволяют дать четкого ответа относительно истинности гипотезы, то проведите дополнительные эксперименты и соберите еще больше данных.

    Часть 2

    Проведение эксперимента

    1. Выберите тему и обозначьте переменные. В качестве примера возьмем небольшой и простой эксперимент. Скажем, мы исследуем то, как влияет использование разных аэрозолей на расстояние полета снаряда в картофелестрелах!

      • Итак, тип используемого аэрозоля - это независимая переменная, а вот длина полета снаряда - зависимая.
      • Кое о чем все же следует задуматься. Так, вы должны убедиться, что снаряды одного и того же веса, а также вы должны быть уверены в том, что каждый выстрел потребляет одинаковое количество аэрозоля. Почему? Оба этих параметра могут повлиять на дистанцию полета снаряда. Поэтому взвесьте все снаряды и старайтесь, чтобы выстрелы потребляли одинаковое количество аэрозоля.

    2. Выдвигайте гипотезу. Итак, мы взяли несколько видов аэрозолей (спрей для волос, кулинарный спрей и спрей-краску). Допустим, в спрее для волос бутана больше, чем в остальных спреях. Так как мы знаем, что бутан - газ воспламеняющийся, то мы можем выдвинуть гипотезу о том, что именно спрей для волос вытолкнет снаряд дальше всего. Итак, гипотеза: “Более высокая концентрация бутана в аэрозоле (спрее для волос) приведет к тому, что среднестатическая дистанция, преодолеваемая снарядом весом 250-300 г. после выстрела, будет превышать аналогичные дистанции при стрельбе с использованием прочих аэрозолей.”

    3. Заранее организуйте процесс сбора данных. В нашем эксперименте мы будет тестировать все аэрозоли по 10 раз, после чего выведем средний результат. В качестве контрольного образца, в свою очередь, будет использован аэрозоль, не содержащий бутан. В качестве подготовки к проведению эксперимента вы соберем картофелестрел, убедимся в том, что он работает, закупим спреи и взвесим картошку… то есть снаряды.

      • И вот как будет выглядеть таблица для записи данных, в которой будет 5 колонок:
        • Первая колонка - номер испытания. Клетки этой колонки будут содержать порядковый номер испытания, от 1 до 10.
        • Следующие четыре колонки будут подписаны названиями используемых аэрозолей. В клетках каждой из колонок будет записано расстояние, которое пролетит снаряд после выстрела.
        • Под каждой из этих четырех колонок нужно оставить оставить место для записи среднего значения.

      • Сделайте выводы. После того, как результаты будут проанализированы, вы сможете смело сказать, что выдвинутая вами гипотеза была верна. К тому же, вы также сможете сказать, что открыли нечто неожиданное - что кулинарный спрей дает самые постоянные результаты. Кроме того, можно сообщить о проблемах, с которыми вы столкнулись в ходе эксперимента - например, что краска их краски-спрея покрывает дуло картофелестрела, что затрудняет каждый последующий выстрел. А напоследок вы можете дать рекомендации о том, какие вопросы заслуживают дальнейшего изучения - возможно, что больший объем используемого топлива даст и больший результат.

        • Поделитесь своими открытиями с миром! Найдите издание или формат, в котором будет уместнее всего явить восхищенному миру результаты ваших изысканий - и вперед!
    • Веселитесь, но и про технику безопасности не забывайте.
    • Наука - это игра в “задай сложный вопрос”. Не бойтесь задавать сложные вопросы касательно неисследованных тем.

Невероятные факты

Цветы Дарвина

Большинство людей знакомы с деятельностью Чарльза Дарвина и с его знаменитым путешествием в Южную Америку. Он сделал свои наиболее важные открытия на Галапагосских островах, где каждый из 20 островов обладал своим уникальным набором видов, идеально адаптированных для проживания в тех условиях. Но мало кто знает об экспериментах Дарвина после того, как он вернулся в Англию. Некоторые из них были сосредоточены на орхидеях.

В процессе выращивания и изучения нескольких видов орхидей, он понял, что сложные цветки орхидей – это адаптация, позволяющая цветам привлекать насекомых, которые затем переносят пыльцу на соседние растения. Каждое насекомое специально предназначено для опыления одного типа орхидеи. Взять, к примеру, орхидею Вифлеемская звезда (Angraecum sesquipedale), нектар в которой хранится на глубине 30 сантиметров. Дарвин предугадал, что обязательно должно быть насекомое, которое опыляет этот вид орхидеи. Конечно, в 1903 году, ученые открыли вид под названием сумеречная бабочка, обладающая длинным хоботком, который может дотянуться до нектара этого вида орхидеи.

Дарвин использовал данные, которые он собрал об орхидеях и их насекомых опылителях для укрепления своей теории естественного отбора. Он утверждал, что перекрестно опыляемые орхидеи более жизнеспособны, чем самоопыляемые, поскольку самоопыление снижает генетическое разнообразие, что, в конечном итоге, оказывает прямое воздействие на выживаемость вида. Так, три года спустя, после того, как он впервые описал естественный отбор в "О происхождении видов", Дарвин провел еще несколько экспериментов на цветах и укрепил свои утверждения о рамках эволюции.

Расшифровка ДНК

Джеймс Уотсон (James Watson) и Фрэнсис Крик (Francis Crick) подошли очень близко к расшифровке ДНК, но их открытия в значительной степени зависят от работ Альфреда Херши (Alfred Hershey) и Марты Чейз (Martha Chase), они в 1952 году провели известный по сей день эксперимент, который помог им определить как молекулы ДНК связаны с наследственностью. Херши и Чейз работали с типом вируса, известного как бактериофаг. Этот вирус, состоящий из белковой оболочки, окружает нить ДНК, заражает бактериальную клетку, что программирует ее на производство новых зараженных клеток. Затем вирус убивает клетку и на свет появляются новые вирусы. Херши и Чейз знали об этом, но, при этом, они не знали, какой компонент – белок или ДНК – был ответственен за происходящее. Они не знали это до проведения своего гениального "блендер" эксперимента, который вывел их на ДНК рибонуклеиновые кислоты.

После эксперимента Херши и Чейз многие ученые, такие как Розалинд Франклин (Rosalind Franklin) сосредоточились на изучении ДНК и его молекулярную структуру. Франклин использовал технику, называемую рентгеновской дифракцией для изучения ДНК. Она подразумевает "вторжение" Х-лучей в волокна очищенной ДНК. При взаимодействии лучей с молекулой, они "сбиваются" с первоначального курса и становятся дифрагированными. Далее дифрагированные лучи образуют картинку уникальной молекулы, готовой для анализа. Знаменитая фотография Франклина показывает Х-образную кривую, которую Уотсон и Крик обозначили как "подпись молекулы ДНК". Они смогли также определить ширину спирали, глядя на изображение Франклина.

Первая вакцинация

До полной глобальной ликвидации оспы в конце 20 века, это заболевание представляло собой серьезную проблему. В 18 веке, заболевание вызванное вирусом оспы, убивало каждого десятого ребенка, родившегося в Швеции и Франции. "Поимка" вируса было единственной возможностью «лечения». Это привело к тому, что люди сами пытались поймать вирус из гнойных язв. К сожалению, многие из них умерли при опасной попытке самостоятельной прививки.

Эдвард Дженнер (Edward Jenner), британский врач, начал изучать вирус и разрабатывать эффективные методы лечения. Генезисом его экспериментов стало наблюдение того, что доярки, проживающие в его родном городе, часто заражались вирусом коровьей оспы, несмертельным заболеванием, похожим на обычную оспу. Доярки, которые заражались коровьей оспой, казалось, были защищены от инфекции оспы, поэтому в 1796 году Дженнер решил проверить, может ли человек развить иммунитет к обычной оспе, если его заразить вирусом коровьей оспы. Мальчика, над которым Дженнер решил провести свой эксперимент, звали Джеймс Фиппс (James Phipps). Дженнер сделал надрез на руке Фиппса и заразил его коровьей оспой. Через некоторое время мальчик выздоровел. 48 дней спустя доктор ввел в его организм вирус обычной оспы и обнаружил у мальчика иммунитет.

Сегодня ученые знают, что вирусы коровьей и обычной оспы настолько похожи, что иммунная система человека не в состоянии их отличить.

Доказательство существования атомного ядра

Физик Эрнест Резерфорд (Ernest Rutherford) уже выиграл Нобелевскую премию в 1908 году за свои радиоактивные работы, при этом в тот период времени он также начал проводить эксперименты по выявлении структуры атома. Эксперименты были основаны на его предыдущих исследованиях, которые показали, что радиоактивность состоит из двух типов лучей – альфа и бета. Резерфорд и Ганс Гейгер (Hans Geiger) установили, что альфа-лучи – это потоки положительно заряженных частиц. Когда он выпускал альфа-частицы на экран, они создавали четкое и резкое изображение. Но если между источником альфа-излучения и экраном располагался тонкий лист из слюды, то полученное изображение было размытым. Было ясно, что слюда рассеивала некоторые альфа-частицы, но как и почему это происходило, на тот момент не было понятно.

В 1911 году, физик расположил тонкий лист золотой фольги между источником альфа-излучения и экраном, толщиной 1-2 атома. Также он разместил еще один экран перед источником альфа-излучения для того, чтобы понять какие из частиц отклоняются назад. На экране позади фольги, Резерфорд наблюдал диффузную картину, аналогичную той, какую он видел при использовании листа из слюды. Увиденное на экране перед фольгой очень удивило Резерфорда, поскольку несколько альфа-частиц отскочили прямо назад. Резерфорд заключил, что сильный положительный заряд, находящийся в сердце атомов золота, отправил альфа-частицы обратно к источнику. Он назвал этот сильный положительный заряд "ядром", и заявил, что по сравнению с общим размером атома, его ядро должно быть очень мало, в противном случае назад бы вернулось гораздо большее количество частиц. Сегодня ученые аналогично Резерфорду визуализируют атомы: маленькие, положительно заряженные ядра в окружении большого, в основном пустого пространства, в котором обитает несколько электронов.

Рентген

Мы уже говорили выше о рентгеновской дифракции исследований Франклина, но проделанной работой он многим обязан Дороти Кроуфут Ходжкин (Dorothy Crowfoot Hodgkin), одной из трех женщин, которым удалось выиграть Нобелевскую премию по химии. В 1945 году Ходжкин считалась одной из ведущих специалистов мира, практикующих методы рентгеновской дифракции, поэтому не удивительно, что именно она, в конце концов, показала структуру одного из важнейших на сегодняшний день химических веществ в медицине – пенициллина. Александр Флеминг обнаружил убивающее бактерии вещество еще в 1928 году, но ученым потребовалось еще некоторый период времени для того, чтобы очистить вещество в целях разработки эффективного лечения. Таким образом, при помощи атомов пенициллина Ходжкин удалось создать полусинтетические производные пенициллина, что оказалось революцией в борьбе с инфекциями.

Исследования Ходжкин стали известными как рентгеновская кристаллография. Химики впервые кристаллизировали соединения, которые они хотели проанализировать. Это был вызов. После того, как испытания кристаллов пенициллина провели две разные компании, Ходжкин пустила рентгеновские волны через кристаллы и позволила радиации «проникнуть в исследуемый объект». При взаимодействии Х-лучей с электронами исследуемого объекта, лучи становились немного дифрагированными. Это привело к появлению четкого рисунка из точек на фотопленке. Проанализировав положение и яркость этих точек и выполнив множество расчетов, Ходжкин точно определила, как располагаются атомы в молекуле пенициллина.

Несколько лет спустя она использовала эту же технологию при выявлении структуры витамина В12. Она получила Нобелевскую премию по химии в 1964 году, честь, которой не удостоилась больше ни одна другая женщина.

Возникновение жизни

В 1929 году биохимики Джон Холдейн (John Haldane) и Александр Опарин независимо друг от друга предположили, что в ранней атмосфере Земли отсутствовал свободный кислород. В тех суровых условиях, они предположили, органические соединения могли формироваться из простых молекул, получая серьезный заряд энергии, будь то ультрафиолетовое излучение или яркий свет. Холдейн также добавил, что океаны, вероятно, были первыми источниками этих органических соединений.

Американские химики Гарольд Юри (Harold Urey) и Стэнли Миллер (Stanley Miller) решили проверить гипотезы Опарина и Холдейна в 1953 году. Им удалось воссоздать раннюю атмосферу Земли путем тщательной работы над контролируемой, закрытой системой. Роль океана играла колба с нагретой водой. После того, как водяной пар поднимался и собирался в другой емкости, Юрии и Миллер добавляли водород, метан и аммиак для того, чтобы сымитировать безкислородную атмосферу. Затем в колбе образовывались искры, представляющие свет в смеси газов. Наконец, конденсатор охлаждал газы в жидкости, которую они затем брали на анализ.

Спустя неделю, Юрии и Миллер получили удивительные результаты: в охлажденной жидкости в изобилии присутствовали органические соединения. В частности, Миллер обнаружил несколько аминокислот, в том числе глицин, аланин и глутаминовую кислоту. Аминокислоты – это строительные элементы белков, которые сами являются ключевыми компонентами и клеточных структур и клеточных ферментов, ответственных за функционирование важных химичексих реакций. Юри и Миллер пришли к выводу, что органические молекулы вполне могли выжить в безкислородной среде, что, в свою очередь, не заставило ждать появление простейших организмов.

Создание света

Когда в 19 веке появился свет, он так и остался загадкой, которая вдохновляла на проведение многих увлекательных экспериментов. К примеру, "двухщелевый эксперимент" Томаса Юнга (Thomas Young), который показал, как ведут себя световые волны, но не частицы. Но тогда еще не знали, как быстро свет путешествует.

В 1878 году физик А.А.Майкельсон (A.A. Michelson) провел эксперимент для того, чтобы рассчитать скорость света и доказать, что это конечная, измеряемая величина. Вот что он сделал:

1. Во-первых, он разместил два зеркала далеко друг от друга на разных сторонах дамбы возле университетского городка, расположив их так, что падающий свет отражался от одного зеркала и возвращался назад. Он измерил расстояние между зеркалами и обнаружил, что оно равнялось 605, 4029 метров.

3. При помощи линз он сфокусировал луч света на неподвижном зеркале. Когда луч света касался неподвижного зеркала, он отскакивал и отражался во вращающемся зеркале, возле которого Майкельсон разместил специальный экран. В связи с тем, что второе зеркало вращалось, траектория возвращения светового пучка незначительно изменилась. Когда Майкельсон измерил эти отклонения, он получил цифру 133 мм.

4. Используя полученные данные, ему удалось измерить скорость света, равную 186380 миль в секунду (299 949 530 километра). Допустимое значение для скорости света на сегодняшний день составляет 299 792 458 км в секунду. Измерения Майкельсона показали на удивление точный результат. Более того, в распоряжении ученых сейчас находятся более точные представления о свете и основ, на которых строятся теория квантовой механики и теория относительности.

Открытие радиации

1897 год был очень важным для Марии Кюри. Родился ее первый ребенок, а спустя всего несколько недель после его рождения она отправилась искать тему для докторской диссертации. В конце концов, она решила изучать "урановые лучи", впервые описанные Анри Беккерелем (Henri Becquerel). Беккерель открыл эти лучи случайно, когда он оставил соли урана, завернув их в непрозрачный материал вместе с фотопластинками в темной комнате, а вернувшись, обнаружил, что фотопластинки полностью засвечены. Мари Кюри выбрала для изучения эти таинственные лучи для того, чтобы выявить и другие элементы, действующие подобным образом.

Уже на раннем этапе изучения Кюри поняла, что торий вырабатывает такие же лучи, как и уран. Она начала маркировать эти уникальные элементы, как "радиоактивные" и быстро осознала, что сила радиации, вырабатываемая ураном и торием, зависит от количества тория и урана. В конце концов, ей удастся доказать, что лучи – это свойства атомов радиоактивного элемента. Само по себе это было революционное открытие, но Кюри это остановило.

Она обнаружила, что настуран (уранинит) более радиоактивен, чем уран, это натолкнуло ее на мысль, что наверняка в естественных минералах существует неизвестный ей элемент. Ее муж Пьер присоединился к исследованиям, и они систематически уменьшали количества настурана до тех пор, пока не обнаружили новый изолированный элемент. Они назвали его полонием, в честь родины Марии Польши. Вскоре после этого, они обнаружили другой радиоактивный элемент, который они назвали радием, от латинского "луч". Кюри завоевала две Нобелевские премии за свою работу.

Собачьи дни

Знаете ли вы, что Иван Павлов, российский физиолог и химик, а также автор эксперимента по выработке у собак слюноотделения и прививания им условного рефлекса, совсем не был заинтересован в психологии или поведении? Его интересовали темы пищеварения и кровообращения. На самом деле, он изучал систему пищеварения собак, когда открыл то, что сегодня нам известно, как "условные рефлексы".

В частности, он пытался понять наличие взаимосвязи между слюноотделением и работой желудка. Незадолго до этого, Павлов уже отметил, что желудок не начинает переваривать пищу без слюноотделения, которое происходит в первую очередь. Другими словами, рефлексы в вегетативной нервной системе тесно связывают друг с другом эти два процесса. Далее Павлов решил узнать, смогут ли внешние раздражители повлиять на пищеварение аналогичным образом. Чтобы это проверить, он начал во время приема пищи собакой включать и выключать свет, тикать метрономом и сделал слышимым звучание зуммера. В отсутствии этих раздражителей, у собак происходило слюноотделение только тогда, когда они видели и ели пищу. Но спустя некоторое время, у них начиналось слюноотделение при стимуляции звуком и светом, даже если им в это время не давали еды. Павлов также обнаружил, что этот тип условного рефлекса умирает, если стимул слишком часто "неправильно" использовать. К примеру, если звуковой сигнал собака слышит часто, но при этом не получает еды, то через какое-то время, она перестает реагировать на звук слюноотделением.

Павлов опубликовал полученные результаты в 1903 году. Год спустя он получил Нобелевскую премию в области медицины, причем не за свою работу по условным рефлексам, а "в знак признания его работ по физиологии пищеварения, благодаря которым знания о жизненно-важных аспектах были преобразованы и расширены".

Эксперименты Стэнли Милграма (Stanley Milgram), которые он проводил в 1960-х годах, и по сей день квалифицируются как одни из самых известных и противоречивых научных экспериментов. Милграм хотел выяснить, как далеко сможет зайти обычный человек в причинении боли другому человеку под давлением авторитета. Вот что он сделал:

1. Милграм набрал добровольцев, обычных людей, которые должны были по приказу причинить другим добровольцам-актерам некоторую боль. Экспериментатор играл роль авторитета, который на время исследования постоянно присутствовал в помещении.

2. Авторитет перед началом каждого испытания продемонстрировал ничего не подозревавшим добровольцам, как пользоваться шок – аппаратом, который мог поражать человека разрядом в 15-450 вольт (повышенный уровень опасности).

3. Далее ученый отметил, что они должны протестировать, как шоковое потрясение может улучшить запоминание слов при помощи ассоциаций. Он поручил добровольцам в процессе эксперимента "награждать" добровольцев-актеров шоковыми ударами за неправильные ответы. Чем больше было неправильных ответов, тем выше уровень напряжения на аппарате. Причем, стоит отметить, что аппарат был сделан на высшем уровне: над каждым выключателем было написано соответствующее ему напряжение, от "слабого удара" до "труднопереносимого удара", прибор был оснащен множеством панелей со стрелочными вольтметрами. То есть усомниться в подлинности эксперимента у испытуемых не было возможности, причем исследование было построено так, что на каждый верный ответ было три ошибочных и авторитет говорил добровольцу каким "ударом" наказать "неспособного ученика".

4. "Учащиеся" кричали, когда получали шоковые удары. После того, как сила удара превышала 150 вольт, они требовали освобождения. При этом, авторитет призывал добровольцев продолжать эксперимент, не обращая внимания на требования "учащихся".

5. Некоторые участники эксперимента пожелали его покинуть после достижения наказания в 150 вольт, но большинство продолжали, пока не достигли максимального шокового уровня в 450 вольт.

По окончанию экспериментов, многие высказывались относительно неэтичности данного исследования, но полученные результаты были впечатляющими. Мильграм доказал, что обычные люди могут причинить боль невинному человеку просто потому, что получили такую команду от властного авторитета.

Эксперименты в домашних условиях, о которых мы сейчас поговорим, очень простые, но чрезвычайно занимательные. Если ваш ребенок ещё только знакомится с природой разных явлений и процессов, такие опыты будут выглядеть для него настоящим волшебством. А ведь ни для кого не секрет, что лучше всего преподносить детям сложную информацию именно в игровой форме - это поможет закрепить материал и оставит яркие воспоминания, которые пригодятся в дальнейшем обучении.

Взрыв в тихой воде

Обсуждая возможные эксперименты в домашних условиях, в первую очередь мы расскажем о том, как сделать такой мини-взрыв. Вам понадобится большой сосуд, заполненный обычной водопроводной водой (к примеру, это может быть трехлитровый бутыль). Желательно, чтобы жидкость отстоялась в спокойном месте в течение 1-3 суток. После этого следует осторожно, не касаясь самого сосуда, капнуть в самую середину воды с высоты несколько капелек чернил. Они будут красиво расползаться в воде, как будто в замедленной съемке.

Воздушный шарик, который надувается сам

Это еще один интересный опыт, который можно провести, осуществляя в домашних условиях. В сам шарик требуется насыпать чайную ложечку обыкновенной пищевой соды. Далее вам нужно взять пустую пластиковую бутылку и залить в неё 4 столовые ложки уксуса. Шарик необходимо натянуть на её горлышко. В результате сода высыплется в уксус, произойдет реакция с выделением углекислого газа, и шарик надуется.

Вулкан

С помощью той же соды и уксуса можно сделать в своём доме настоящий вулкан! В качестве основы можно использовать даже пластиковый стаканчик. В «жерло» засыпают 2 столовые ложечки соды, заливают её четвертью стакана подогретой воды и добавляют немного пищевого красителя тёмного цвета. Затем останется лишь долить четверть стакана уксуса и наблюдать за «извержением».

«Цветная» магия

Эксперименты в домашних условиях, которые вы можете продемонстрировать своему ребенку, также включают в себя необычные изменения различными веществами их цвета. Ярким примером тому является реакция, происходящая при соединении йода и крахмала. Смешав коричневый йод и белоснежный крахмал, вы получите жидкость... ярко-синего оттенка!

Фейерверки

Какие ещё можно провести эксперименты в домашних условиях? Химия предоставляет огромное поле для деятельности в этом плане. К примеру, вы можете сделать яркие фейерверки прямо в комнате (но лучше во дворе). Немного марганцовки необходимо растолочь в мелкий порошок, а далее взять аналогичное количество древесного угля и тоже измельчить его. Тщательно перемешав уголь с марганцем, добавляем туда же железный порошок. Данную смесь пересыпают в металлический колпачок (подойдет и обычный наперсток) и держат его в пламени горелки. Как только состав накалится, вокруг начнет рассыпаться целый дождь красивых искр.

Содовая ракета

И, напоследок, вновь скажем про химические эксперименты в домашних условиях, где участвуют самые простые и доступные реактивы - уксус и гидрокарбонат натрия. В данном случае вам потребуется взять пластиковую кассету для плёнки, заполнить её пищевой содой, а далее - быстро влить 2 чайные ложечки уксуса. На следующем этапе вы закрываете самодельную ракету крышкой, ставите на землю вверх дном, отходите и наблюдаете за тем, как она взлетает.