Keskeiset käsitteet
kemia
pinta-aktiiviset aineet
tiheys
napaisuus

Johdanto
Olet ehkä kuullut ihmisten sanovan: ”Nämä kaksi sekoittuvat kuin öljy ja vesi”, kun he kuvaavat kahta ihmistä, jotka eivät tule toimeen. Ehkä olet huomannut myös kiiltävän öljyn kelluvan veden pinnalla molemmissa tapauksissa ymmärrät, että vesi ja öljy eivät mene hyvin yhteen – mutta oletko koskaan miettinyt, miksi? Niin monet muut asiat voivat liukea veteen – miksi ei öljyä? Tässä toiminnassa tutkitaan mitä tekee öljystä niin erikoisen, ja yritämme tehdä mahdottomasta: sekoita öljyä ja vettä!

Tausta
Toisin kuin monet muut aineet, kuten hedelmämehu, elintarvikevärit tai jopa sokeri ja suola, öljyt tekevät ei sekoita veden kanssa. Syy liittyy öljyn ja veden ominaisuuksiin. Vesimolekyylit koostuvat yhdestä happiatomista ja kahdesta vetyatomista. Tämän erittäin yksinkertaisen rakenteen lisäksi vesimooli kykit ovat polaarisia, mikä tarkoittaa, että varauksen jakautuminen vesimolekyylissä on epätasainen. Vedellä on osittainen negatiivinen varaus happiatomistaan ja osittaiset positiiviset varaukset sen vetyatomeista. Tämän napaisuuden avulla vesimolekyylit voivat muodostaa vahvoja vetysidoksia keskenään yhden vesimolekyylin negatiivisesti varautuneen happiatomin ja toisen positiivisesti varautuneen vetyatomin välillä. Muut molekyylit, kuten suolat ja sokerit, pystyvät liukenemaan veteen myös sen napaisuuden vuoksi. Vesimolekyylin kummassakin päässä olevat varaukset auttavat hajottamaan muiden molekyylien kemialliset rakenteet.

Öljyt sitä vastoin ovat polaarittomia, minkä seurauksena vesimolekyylien napaisuus ei houkuttele niitä. Itse asiassa öljyt ovat hydrofobisia tai ”vettä pelkääviä”. Sen sijaan, että houkutteltaisiin vesimolekyyleihin, ne karkottavat öljymolekyylit. Tämän seurauksena, kun lisäät öljyä kupilliseen vettä, nämä kaksi eivät sekoita keskenään. Koska öljy on vähemmän tiheää kuin vesi, se kelluu aina veden päälle, mikä luo pintakerroksen öljyä. Olet ehkä nähnyt tämän kaduilla rankan sateen jälkeen – joissakin vesilammikoissa kelluu öljypinnoite.

Tässä toiminnassa testataan pinta-aktiivisten aineiden voima auttaa meitä sekoittamaan öljyä ja vettä. Pinta-aktiivinen aine, jota käytämme, on astianpesuaine, joka auttaa hajottamaan öljyn ja veden välisen pintajännityksen, koska se on amfifiilistä: osittain polaarista ja osittain polaarista. Tämän seurauksena pesuaineet voivat sitoa sekä vesi- että öljymolekyyleille. Näemme tämän ominaisuuden tulokset tässä toiminnassa!

Materiaalit

• 2 kirkasta muovista vesipulloa kannella
• 2 kupillista vettä
• puoli kupillista öljyä (oliivi-, ruoka- tai kasviöljyt kaikki toimivat)
• nestemäinen astianpesusaippua
• kello tai ajastin
• Pysyvä merkki
• Mittakuppi
• Mittalusikka
• Ruokaväri (valinnainen)

Valmistelu

• Poista etiketit vesipulloistasi.
• Merkitse pullot etikettisi: Merkitse ensimmäinen ”Öljy + vesi” ja toinen ”Öljy +” Vesi + saippua. ” Kirjoita etiketit mahdollisimman lähelle pullojen päällisiä.
• Kaada yksi kuppi vettä jokaiseen pulloon.

Menettely

• Mittaa ja kaada neljäsosa kupillista öljyä varovasti pulloon, jossa on merkintä Öljy + vesi. Anna pullon istua työtasolla tai tasaisella pinnalla, kun tarkkailet vettä ja öljyä. Uppoako öljy öljyn pohjaan istu veden päällä tai sekoita sen kanssa?
• Toista tämä vaihe lisäämällä neljäsosa kupillista öljyä pulloon, jossa on merkintä Öljy + vesi + saippua. Uppoako öljy pohjaan, istuuko öljy tai sekoita sen kanssa?
• Lisää varovasti kolme ruokalusikallista astiasaippua öljy + vesi + saippua -pulloon. Yritä olla ravistamatta pulloa, kun lisäät astian saippuaa.
• Varmista, että pullon korkit on kierretty tiukasti kiinni jokaisessa pullossa.
• Pidä pulloa kummassakin kädessä ravista pulloa voimakkaasti 20 sekunnin ajan.
• Aseta pullot alas tasaiselle pinnalle, jossa on paljon valoa.
• Huomaa kellon aika tai aseta ajastin 10 minuutiksi.
• Tarkkaile kunkin pullon sisältöä. Pidä niitä kevyesti ylöspäin kerrallaan, jotta näet selvästi, mitä pullon sisällä tapahtuu. Muuttuiko jotain, kun ravistit pulloja? Näyttävätkö seokset molemmilta samoilta? Jos ei, niin mikä on eroa niiden välillä? Kuinka selität havaitsemasi erot?
• Tarkastele pullojen sisältöä 10 minuutin kuluttua ja huomioi muutokset. Miltä öljy ja vesi näyttävät jokaisessa pullossa? Onko öljy sekoittunut veteen, vaipunut pohjaan tai noussutko ylös?
• Extra: Lisää ruokaväri veteen saadaksesi laavalampun vaikutuksen.
• Extra: Testaa muun tyyppisiä saippuoita, kuten hammastahna, käsisaippua ja shampoo sekoittamalla ne öljyyn ja vettä.

Havaintoja ja tuloksia
Tässä toiminnassa yhdistit öljyä ja vettä ja sitten havaitsit, kuinka astianpesuaineen lisääminen muutti tämän seoksen ominaisuuksia. Ensin sinun on pitänyt huomata, että kun lisäät öljyä veteen, ne eivät sekoittuneet yhteen. Sen sijaan öljy loi kerroksen veden pinnalle. Tämä johtuu siitä, että öljy on vähemmän tiheää kuin vesi ja siksi se kelluu pinnalle. Kun ravistat Oil + Water-pulloa, olet ehkä huomannut öljyn hajoavan pieniksi helmiksi. Nämä helmet eivät kuitenkaan sekoittuneet veteen. Kun olet antanut Oil + Water-pullon istua 10 minuuttia, sinun olisi pitänyt havaita öljyn ja veden erottuvan jälleen melkein välittömästi, ja vielä 10 minuutin kuluttua pullossasi oli jälleen kaksi erillistä kerrosta.

Sitä vastoin sinun olisi pitänyt löytää öljy + vesi + saippua-pullon ravistelu, joka johti paljon vaahtoon, mutta sen sijaan, että se alkaa heti erota, seos oli sameaa, keltaista. Lopulta öljyn ja veden olisi pitänyt erota uudelleen kahteen kerrokseen, mutta näiden kerrosten olisi pitänyt näyttää olevan vähemmän erillisiä ja sameampia kuin Öljy + vesi-pullon kerrokset.

Kahden pullon välinen ero johtuu astian lisäämisestä. pesuainetta öljy + vesi + saippua-pulloon. Pesuaineen molekyylit voivat muodostaa sidoksia sekä vesi- että öljymolekyylien kanssa. Siksi, vaikka öljy ja vesi eivät sekoita teknisesti keskenään, astianpesuaineiden molekyylit toimivat siltana öljy- ja vesimolekyylien välillä. Tämän seurauksena öljy- ja vesimolekyylit eivät ole selvästi erillään pullosta. Sen sijaan näet samean seoksen, joka syntyy öljy-, saippua- ja vesiketjuista, jotka olet luonut lisäämällä astianpesuainetta.

Lisää tutkittavaa
Goo-Be-Gone: Öljyvuotojen puhdistaminen, tiedekavereista – Tee oma laavalamppu, Scientific American -palvelusta
Puhtaan kemia: Tee oma saippua saippuan synteesin tutkimiseen, tiedekavereista
tiedeaktiviteeteista kaiken ikäisille! p>

Tämä toiminta toi sinut yhteistyöhön Science Buddiesin kanssa