Змішайте це з маслом і водою

Наукова активність від Science Buddies

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.sciachingamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text =" Зареєструватися "data-newsletterpromo_art button-link = "https://www.sciachingamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

Ключові поняття
Хімія
ПАР
Щільність
Полярність

Вступ
Можливо, ви чули, як люди кажуть: "Ці двоє змішуються, як олія та вода", коли вони описують двох людей, які не ладнають. Можливо, ви також помітили блискучу олію, яка пливе на поверхні водних калюж після дощу. В обох випадках ви розумієте, що вода та олія погано поєднуються, але чи задумувались ви коли-небудь, чому? Так багато інших речей може розчинитися у воді - чому б не олія? У цій діяльності ми дослідимо, що робить нафту такою особливою, і спробуємо здійснити неможливе: змішати олію та воду!

Передумови
На відміну від багатьох інших речовин, таких як фруктовий сік, харчові барвники або навіть цукор і сіль, олії не змішуються з водою. Причина пов’язана з властивостями олії та води. Молекули води складаються з одного атома кисню та двох атомів водню. Окрім цієї дуже простої структури, молекули води є полярними, що означає нерівномірний розподіл заряду по молекулі води. Вода має частковий негативний заряд від атома кисню, а частковий позитивний заряд від атомів водню. Ця полярність дозволяє молекулам води утворювати міцні водневі зв’язки між собою між негативно зарядженим атомом кисню на одній молекулі води та позитивно зарядженими атомами водню іншої. Інші молекули, такі як солі та цукри, здатні розчинятися у воді завдяки своїй полярності. Заряди на кожному кінці молекули води сприяють руйнуванню хімічних структур інших молекул.

Масла, навпаки, неполярні, і в результаті їх не приваблює полярність молекул води. Насправді, олії гідрофобні, або "страх води". Замість того, щоб привертати увагу до молекул води, вони відштовхуються від молекул нафти. Як результат, коли ви додаєте олію в склянку води, вони не змішуються між собою. Оскільки нафта менш щільна, ніж вода, вона завжди буде плавати поверх води, створюючи поверхневий шар нафти. Ви могли бачити це на вулицях після сильного дощу - на деяких калюжах води буде покриватися маслом.

У цій діяльності ми перевіримо силу поверхнево-активних речовин, щоб допомогти нам змішати олію та воду. Поверхнево-активна речовина, яку ми будемо використовувати, - це миючий засіб для посуду, який допомагає розірвати поверхневий натяг між маслом і водою, оскільки воно є амфіфільним: частково полярним, а частково неполярним. В результаті миючі засоби можуть зв’язуватися як з молекулами води, так і з маслом. Результати цієї властивості ми побачимо в цій діяльності!

Матеріали

2 прозорі пластикові пляшки з водою з кришками
2 склянки води
Половина склянки олії (всі оливкові, кулінарні або рослинні олії будуть працювати)
Рідке мило для миття посуду
Годинник або таймер
Перманентний маркер
Мірна склянка
Мірна ложка
Харчові барвники (на вибір)

Підготовка

Зніміть ярлики з пляшок з водою.
Для маркування пляшок використовуйте маркер: на першому напишіть «Олія + вода», а на другому «Олія + вода + мило». Напишіть етикетки якомога ближче до верхівки пляшок.
У кожну пляшку налийте одну склянку води.

Процедура

Спостереження та результати
У цій діяльності ви поєднали олію та воду, а потім спостерігали, як додавання миючого засобу для посуду змінювало властивості цієї суміші. Спочатку ви повинні були помітити, що коли ви додавали масло у воду, вони не змішувались. Натомість нафта створила шар на поверхні води. Це тому, що нафта менш щільна, ніж вода, і тому вона випливає на поверхню. Коли ви струшували пляшку Олія + вода, ви могли помітити, що масло розпалося на крихітні кульки. Однак ці намистини не змішувались з водою. Після того, як ви дозволили пляшці Олія + вода сидіти протягом 10 хвилин, ви мали б спостерігати, як масло і вода знову відразу починають відділятися, і ще через 10 хвилин у вашій пляшці знову були два чіткі шари.

На противагу цьому вам слід було виявити, що при струшуванні пляшки Олія + Вода + Мило вийшло багато піни, але замість того, щоб негайно почати відділятися, суміш мала каламутний жовтий колір. Зрештою масло і вода мали б знову розділитися на два шари, але ці шари мали б виглядати менш чітко вираженими та хмарнішими, ніж шари у вашій пляшці Олія + вода.

Різниця між двома пляшками полягає в додаванні миючого засобу для посуду в пляшку Олія + Вода + Мило. Молекули миючого засобу можуть утворювати зв’язки як з молекулами води, так і з маслом. Отже, хоча олія та вода технічно не змішуються між собою, молекули миючого засобу для посуду діють як місток між молекулами олії та води. Як результат, молекули нафти та води в пляшці чітко не відокремлені. Натомість ви бачите каламутну суміш, що виходить із ланцюгів масла, мила та води, які ви створили, додавши миючий засіб для посуду.

Ця діяльність була надана вам у партнерстві з Science Buddies