Klíčové koncepty
Chemie
Povrchově aktivní látky
Hustota
Polarita

Úvod
Možná jste slyšeli lidi říkat: „Tito dva se mísí jako olej a voda,“ když popisují dva lidi, kteří spolu nevycházejí. Možná jste si také všimli, že na povrchu vodní louže po dešti. V obou případech chápete, že voda a ropa spolu dobře nepůsobí – ale už jste někdy přemýšleli, proč? Ve vodě se může rozpustit tolik dalších věcí – proč ne ropa? V této činnosti prozkoumáme, co dělá olej tak zvláštním a my se pokusíme uskutečnit nemožné: smícháním oleje a vody!

Pozadí
Na rozdíl od mnoha jiných látek, jako jsou ovocné šťávy, potravinářská barviva nebo dokonce cukr a sůl, oleje ano nemíchat s vodou. Důvod souvisí s vlastnostmi oleje a vody. Molekuly vody jsou tvořeny jedním atomem kyslíku a dvěma atomy vodíku. Kromě toho, že má tuto velmi jednoduchou strukturu, molekula vody cules jsou polární, což znamená, že dochází k nerovnoměrnému rozložení náboje po molekule vody. Voda má z atomu kyslíku částečný záporný náboj a na atomech vodíku částečné kladné náboje. Tato polarita umožňuje molekulám vody vytvářet mezi sebou navzájem silné vodíkové vazby mezi negativně nabitým atomem kyslíku na jedné molekule vody a kladně nabitými atomy vodíku druhé. Další molekuly, jako jsou soli a cukry, se díky své polaritě mohou rozpustit ve vodě. Náboje na obou koncích molekuly vody pomáhají rozkládat chemické struktury jiných molekul.

Naproti tomu oleje jsou nepolární, a proto nejsou přitahovány k polaritě molekul vody. Ve skutečnosti jsou oleje hydrofobní nebo „bojí se vody“. Místo toho, aby byly přitahovány molekulami vody, jsou molekuly oleje odpuzovány. Výsledkem je, že když přidáte olej do šálku vody, tyto dva se navzájem nemísí. Protože je olej méně hustý než voda, bude vždy plavat na povrchu vody a vytváří povrchovou vrstvu oleje. Možná jste to viděli na ulicích po silném dešti – na některých vodních kalužích bude plavat olejová vrstva.

V této aktivitě otestujeme síla povrchově aktivních látek, které nám pomáhají míchat olej a vodu. Povrchově aktivní látkou, kterou použijeme, je mycí prostředek na nádobí, který pomáhá rozbít povrchové napětí mezi olejem a vodou, protože je amfifilní: částečně polární a částečně nepolární. Výsledkem je, že se detergenty mohou vázat na molekuly vody i oleje. Výsledky této vlastnosti uvidíme v této aktivitě!

Materiály

• 2 čiré plastové lahve na vodu s víčky
• 2 šálky vody
• Poloviční šálek oleje (olivový, kuchyňský nebo rostlinný olej bude fungovat)
• Tekuté mýdlo na nádobí
• Hodiny nebo časovač
• Permanentní značka
• odměrka
• odměrka
• potravinářské barvivo (volitelně)

Příprava

• Odstraňte všechny štítky z lahví s vodou.
• Pomocí lahviček označte lahve: Označte první „Olej + Voda“ a druhý „Olej + Voda + mýdlo. “ Štítky napište co nejblíže k vrcholům lahví.
• Do každé láhve nalijte jeden šálek vody.

Postup

• Opatrně změřte a nalijte čtvrtinu šálku oleje do láhve označené Olej + voda. Nechte láhev sedět na desce nebo na rovném povrchu, zatímco budete pozorovat vodu a olej. Spadá olej na dno láhev, sedněte si na vodu nebo s ní smíchejte?
• Opakujte tento krok a do láhve označené olejem + vodou + mýdlem přidejte jednu čtvrtinu šálku oleje. Spadá olej na dno, sedněte si nahoře na vodě nebo s ní smíchat?
• Opatrně přidejte tři lžíce mýdla do láhve označené olejem + vodou + mýdlem. Snažte se při přidávání mýdla netřepat lahví.
• Ujistěte se, že jsou uzávěry lahví pevně přišroubovány ke každé lahvi.
• V každé ruce držte lahvičku a lahvičky po dobu 20 sekund energicky protřepávejte.
• Lahve odložte na rovném povrchu se spoustou světla.
• Všimněte si času na hodinách nebo nastavte časovač na 10 minut.
• Sledujte obsah každé lahve. Držte je najednou lehké, abyste jasně viděli, co se děje uvnitř lahve. Změnilo se něco, když jste otřásli lahvemi? Vypadají směsi u obou stejně? Pokud ne, jaký je mezi nimi rozdíl? Jak byste vysvětlili rozdíly, které pozorujete?
• Po uplynutí 10 minut se podívejte na obsah lahví a poznamenejte si změny. Jak vypadá olej a voda v každé láhvi? Smísil se olej s vodou, klesl ke dnu nebo stoupal nahoru?
• Extra: Přidejte do vody potravinářské barvivo, abyste získali efekt lávové lampy.
• Extra: Vyzkoušejte jiné typy mýdla, jako jsou zubní pasty, mýdla na ruce a šampony, smícháním s olejem a voda.

Pozorování a výsledky
V této aktivitě jste spojili olej a vodu a poté sledovali, jak přidání mycího prostředku změnilo vlastnosti této směsi. Nejprve jste si měli všimnout, že když jste přidali olej do vody, nemísili se. Místo toho olej vytvořil vrstvu na povrchu vody. Je to proto, že ropa je méně hustá než voda, a proto vypluje na povrch. Když jste otřásli lahví Oil + Water, možná jste si všimli, že se olej rozpadl na drobné korálky. Tyto kuličky se však nemísily s vodou. Poté, co necháte láhev Oil + Water stát 10 minut, měli byste pozorovat, jak se olej a voda začínají znovu téměř okamžitě oddělovat, a po dalších 10 minutách byly ve vaší lahvičce opět dvě odlišné vrstvy.

V Naproti tomu při třepání s lahví Olej + Voda + Mýdlo došlo k pěně, ale místo toho, aby se směs okamžitě začala oddělovat, měla zakalenou žlutou barvu. Nakonec se měl olej a voda znovu rozdělit do dvou vrstev, ale tyto vrstvy by se měly jevit méně výrazné a zakalené než vrstvy ve vaší lahvi Oil + Water.

Rozdíl mezi těmito dvěma lahvemi vyplývá z přidání misky pracího prostředku do lahve Olej + Voda + Mýdlo. Molekuly detergentu mohou vytvářet vazby s molekulami vody i oleje. Proto, i když se olej a voda vzájemně technicky nemísí, molekuly mycího prostředku fungují jako most mezi molekulami oleje a vody. Ve výsledku nejsou molekuly oleje a vody v lahvi jasně oddělené. Místo toho uvidíte zakalenou směs, která je výsledkem řetězů oleje, mýdla a vody, které jste vytvořili přidáním čisticího prostředku na nádobí.

Více k prozkoumání
Goo-Be-Gone: Clean Up Oil Spills, od Science Buddies
Vytvořte si vlastní lávovou lampu, od společnosti Scientific American
The Chemistry of Clean: Make Your Own Soap to Study Soap Synthesis, od Science Buddies
Science Activities for All Ages !, od Science Buddies

Tato aktivita vám přináší partnerství s Science Buddies