Nøglebegreber
kemi
overfladeaktive stoffer
tæthed og polaritet

Introduktion
Du har måske hørt folk sige, “Disse to blandes som olie og vand,” når de beskriver to mennesker, der ikke kommer overens. Måske har du også bemærket, at skinnende olie flyder på overfladen af vandpytter, når det regner. I begge tilfælde forstår du, at vand og olie ikke passer godt sammen – men har du nogensinde spekuleret på hvorfor? Så mange andre ting kan opløses i vand – hvorfor ikke olie? I denne aktivitet vil vi undersøge hvad gør olie så speciel, og vi vil prøve at få det umulige til at ske: blanding af olie og vand!

Baggrund
I modsætning til mange andre stoffer som frugtsaft, madfarvestoffer eller endda sukker og salt, gør olier det ikke blandes med vand. Årsagen er relateret til olie og vands egenskaber. Vandmolekyler består af et iltatom og to brintatomer. Ud over at have denne meget enkle struktur, vandmol cules er polære, hvilket betyder, at der er en ujævn fordeling af ladning over vandmolekylet. Vand har en delvis negativ ladning fra sit iltatom og delvis positive ladninger på dets hydrogenatomer. Denne polaritet tillader vandmolekyler at danne stærke hydrogenbindinger med hinanden mellem det negativt ladede iltatom på et vandmolekyle og de positivt ladede hydrogenatomer i et andet. Andre molekyler såsom salte og sukkerarter er også i stand til at opløses i vand på grund af dets polaritet. Ladningerne i hver ende af vandmolekylet hjælper med at nedbryde de kemiske strukturer i andre molekyler.

Olier er derimod ikke-polære, og de trækkes derfor ikke af vandmolekylernes polaritet. Faktisk er olier hydrofobe eller “vandfrygtige.” I stedet for at blive tiltrukket af vandmolekyler frastødes olimolekyler af dem. Som et resultat, når du tilføjer olie til en kop vand, blandes de ikke med hinanden. Fordi olie er mindre tæt end vand, vil den altid flyde oven på vand, hvilket skaber et overfladelag af olie. Du har måske set det på gaderne efter kraftig regn – nogle vandpytter vil have en belægning af olie, der flyder på.

I denne aktivitet vil vi teste kraften i overfladeaktive stoffer til at hjælpe os med at blande olie og vand. Det overfladeaktive middel, vi vil bruge, er opvaskemiddel, som hjælper med at bryde overfladespændingen mellem olie og vand, fordi det er amfifilt: dels polært og delvis ikke-polært. Som et resultat kan vaskemidler binde til både vand- og oliemolekyler. Vi ser resultaterne af denne egenskab i denne aktivitet!

Materialer

• 2 klare vandflasker af plast med låg
• 2 kopper vand
• En halv kop olie (olivenolie, madlavning eller vegetabilske olier fungerer alle sammen)
• Flydende opvaskesæbe
• Ur eller timer
• Permanent markør
• Målekop
• Måleske
• Madfarve (valgfrit)

Forberedelse

• Fjern etiketter fra dine vandflasker.
• Brug din markør til at mærke flaskerne: Mærk den første “Olie + Vand” og den anden “Olie + Vand + sæbe. ” Skriv etiketterne så tæt på toppen af flaskerne som muligt.
• Hæld en kop vand i hver flaske.

Fremgangsmåde

• Mål forsigtigt og hæld en fjerdedel kop olie i flasken mærket Oil + Water. Lad flasken sidde på en bordplade eller en flad overflade, mens du observerer vandet og olien. Sænker olien til bunden af sidde oven på vandet eller blande det?
• Gentag dette trin, og tilføj en fjerdedel kop olie til flasken mærket Olie + Vand + Sæbe. Sænker olien til bunden, sidder oven på vandet eller blandes med det?
• Tilsæt forsigtigt tre spiseskefulde opvaskemiddel til flasken mærket Oil + Water + Soap. Prøv ikke at ryste flasken, når du tilføjer opvaskemiddel.
• Sørg for, at flaskehætterne er skruet tæt fast på hver flaske.
• Hold en flaske i hver hånd, ryst flaskerne kraftigt i 20 sekunder.
• Sæt flaskerne ned på en plan overflade med masser af lys.
• Noter tiden på dit ur eller indstil en timer i 10 minutter.
• Overhold indholdet af hver flaske. Hold dem op ad en lys ad gangen, så du tydeligt kan se, hvad der sker inde i flasken. Var der noget, der ændredes, da du ryste flaskerne? Ser blandingerne ud de samme i begge dele? Hvis ikke, hvad er forskellen mellem dem? Hvordan ville du forklare de forskelle, du observerer?
• Når der er gået 10 minutter, skal du se på indholdet af flaskerne og bemærke ændringerne. Hvordan ser olie og vand ud i hver flaske? Er olien blandet med vandet, synket til bunden eller stige op til toppen?
• Ekstra: Tilsæt madfarve til vandet for at få en lavalampeeffekt
• Ekstra: Test andre typer sæbe, såsom tandpasta, håndsæbe og shampoo ved at blande dem med olie og vand.

Observationer og resultater
I denne aktivitet kombinerede du olie og vand og så, hvordan tilsætning af opvaskemiddel ændrede egenskaberne for denne blanding. Først skulle du have bemærket, at når du tilføjede olien til vandet, blandede de sig ikke. I stedet skabte olien et lag på vandoverfladen. Dette skyldes, at olie er mindre tæt end vand, og derfor flyder den til overfladen. Når du rystede olie + vandflasken, har du måske bemærket, at olien brød op i små perler. Disse perler blandede sig imidlertid ikke med vandet. Når du har ladet olie + vandflasken sidde i 10 minutter, skulle du have observeret, at olie og vand begyndte at adskille sig næsten øjeblikkeligt, og efter yderligere 10 minutter var der igen to forskellige lag i din flaske.

I kontrast du skulle have fundet ved at ryste Oil + Water + Soap-flasken resulterede i meget skum, men i stedet for straks at begynde at adskille var blandingen en overskyet, gul farve. Til sidst skulle olie og vand have været adskilt i to lag igen, men disse lag skulle have vist sig at være mindre tydelige og overskyede end lagene i din olie + vandflaske.

Forskellen mellem de to flasker er resultatet af tilsætning af fad vaskemiddel til olie + vand + sæbe flaske. Vaskemiddelmolekylerne kan danne bindinger med både vand- og oliemolekyler. Derfor, selvom olie og vand ikke teknisk blandes med hinanden, fungerer opvaskemiddelmolekylerne som en bro mellem olie og vandmolekyler. Som et resultat adskilles olie- og vandmolekylerne ikke tydeligt i flasken. I stedet ser du en overskyet blanding, der stammer fra de olie-, sæbe- og vandkæder, du har oprettet ved at tilføje opvaskemiddel.

Mere at udforske
Goo-Be-Gone: Oprydning af oliespild, fra Science Buddies – Lav din egen lavalampe, fra Scientific American
The Chemistry of Clean: Lav din egen sæbe for at studere sæbesyntese, fra Science Buddies
Science-aktiviteter i alle aldre !, fra Science Buddies

Denne aktivitet blev bragt til dig i partnerskab med Science Buddies