Concetti chiave
Chimica
Tensioattivi
Densità
Polarità

Introduzione
Potresti aver sentito persone dire: “Quei due si mescolano come olio e acqua”, quando descrivono due persone che non vanno d’accordo. Forse hai anche notato olio brillante che galleggia sulla superficie di pozzanghere d’acqua dopo la pioggia. In entrambi i casi capisci che l’acqua e l’olio non vanno bene insieme, ma ti sei mai chiesto perché? Tante altre cose possono dissolversi nell’acqua, perché non l’olio? In questa attività esploreremo cosa rende l’olio così speciale e proveremo a realizzare l’impossibile: mescolare olio e acqua!

Background
A differenza di molte altre sostanze come succhi di frutta, coloranti alimentari o anche zucchero e sale, gli oli fanno non si mescolano con l’acqua. Il motivo è legato alle proprietà dell’olio e dell’acqua. Le molecole d’acqua sono costituite da un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno. Oltre ad avere questa struttura molto semplice, la talpa dell’acqua cules sono polari, il che significa che c’è una distribuzione irregolare della carica attraverso la molecola d’acqua. L’acqua ha una carica negativa parziale dal suo atomo di ossigeno e cariche positive parziali sui suoi atomi di idrogeno. Questa polarità consente alle molecole d’acqua di formare forti legami idrogeno tra loro, tra l’atomo di ossigeno caricato negativamente su una molecola d’acqua e gli atomi di idrogeno caricati positivamente di un’altra. Altre molecole come sali e zuccheri sono in grado di dissolversi in acqua anche a causa della sua polarità. Le cariche alle due estremità della molecola d’acqua aiutano a rompere le strutture chimiche di altre molecole.

Gli oli, al contrario, non sono polari e di conseguenza non sono attratti dalla polarità delle molecole d’acqua. In effetti, gli oli sono idrofobici o “temono l’acqua”. Invece di essere attratte dalle molecole d’acqua, le molecole di olio vengono respinte da esse. Di conseguenza, quando aggiungi olio a una tazza d’acqua i due non si mescolano tra loro. Poiché l’olio è meno denso dell’acqua, galleggerà sempre sull’acqua, creando uno strato superficiale di olio. Potresti averlo visto per le strade dopo una forte pioggia: alcune pozzanghere d’acqua avranno uno strato di olio che galleggia su di esse.

In questa attività testeremo il potere dei tensioattivi per aiutarci a mescolare olio e acqua. Il tensioattivo che utilizzeremo è un detersivo per piatti, che aiuta a rompere la tensione superficiale tra olio e acqua perché è anfifilico: in parte polare e in parte non polare. Di conseguenza, i detergenti possono legare sia all’acqua che alle molecole di olio. Vedremo i risultati di questa proprietà in questa attività!

Materiali

• 2 bottiglie d’acqua in plastica trasparente con coperchi
• 2 tazze d’acqua
• Mezza tazza di olio (gli oli di oliva, da cucina o vegetali andranno tutti bene)
• Sapone liquido per piatti
• Orologio o timer
• Pennarello indelebile
• Misurino
• Cucchiaio dosatore
• Colorante alimentare (opzionale)

Preparazione

• Rimuovi eventuali etichette dalle tue bottiglie d’acqua.
• Usa il pennarello per etichettare le bottiglie: etichetta la prima “Olio + Acqua” e la seconda “Olio + Acqua + Sapone. ” Scrivi le etichette il più vicino possibile alla parte superiore delle bottiglie.
• Versare una tazza d’acqua in ciascuna bottiglia.

Procedura

• Misura attentamente e versa un quarto di tazza di olio nella bottiglia etichettata Olio + Acqua. Lascia che la bottiglia si appoggi su un piano di lavoro o su una superficie piana mentre osservi l’acqua e l’olio. L’olio affonda sul fondo la bottiglia, siediti sopra l’acqua o mescola con essa?
• Ripeti questo passaggio, aggiungendo un quarto di tazza di olio alla bottiglia etichettata Olio + Acqua + Sapone. L’olio affonda fino in fondo, siediti sopra l’acqua o mescolarci?
• Aggiungi con cautela tre cucchiai di detersivo per i piatti alla bottiglia etichettata Olio + Acqua + Sapone. Cerca di non agitare la bottiglia mentre aggiungi il detersivo per i piatti.
• Assicurati che i tappi delle bottiglie siano avvitati saldamente a ciascuna bottiglia.
• Tenendo una bottiglia in ciascuna mano, agitare energicamente le bottiglie per 20 secondi.
• Appoggia le bottiglie su una superficie piana con molta luce.
• Prendi nota dell’ora sull’orologio oppure imposta un timer per 10 minuti.
• Osserva il contenuto di ogni bottiglia. Tienili accesi uno alla volta in modo da poter vedere chiaramente cosa sta succedendo all’interno della bottiglia. È cambiato qualcosa quando hai agitato le bottiglie? Le miscele hanno lo stesso aspetto in entrambi? In caso contrario, cosa c’è di diverso tra loro? Come spiegheresti le differenze che osservi?
• Dopo che sono trascorsi 10 minuti, guarda il contenuto delle bottiglie e prendi nota delle modifiche. Che aspetto hanno l’olio e l’acqua in ogni bottiglia? L’olio si è mescolato con l’acqua, è affondato fino in fondo o è salito in alto?
• Extra: aggiungi colorante alimentare all’acqua per ottenere un effetto lampada lava
• Extra: prova altri tipi di sapone, come dentifricio, sapone per le mani e shampoo mescolandoli con olio e acqua.

Osservazioni e risultati
In questa attività hai combinato olio e acqua, quindi hai osservato come l’aggiunta di detersivo per piatti ha modificato le proprietà di questa miscela. Per prima cosa dovresti aver notato che quando hai aggiunto l’olio all’acqua non si sono mescolati insieme. Invece l’olio ha creato uno strato sulla superficie dell’acqua. Questo perché l’olio è meno denso dell’acqua e quindi galleggia in superficie. Quando hai agitato la bottiglia Olio + Acqua potresti aver notato che l’olio si è suddiviso in piccole perle. Queste perle, tuttavia, non si sono mescolate con l’acqua. Dopo aver lasciato riposare la bottiglia Olio + Acqua per 10 minuti, avresti dovuto osservare che l’olio e l’acqua iniziarono a separarsi di nuovo quasi immediatamente e dopo altri 10 minuti c’erano di nuovo due strati distinti nella tua bottiglia.

In il contrasto che avresti dovuto trovare agitando la bottiglia Olio + Acqua + Sapone produceva molta schiuma, ma invece di iniziare immediatamente a separarsi, la miscela era di un colore giallo opaco. Alla fine l’olio e l’acqua avrebbero dovuto separarsi di nuovo in due strati, ma questi strati avrebbero dovuto apparire meno distinti e più nuvolosi rispetto agli strati nella tua bottiglia Olio + Acqua.

La differenza tra le due bottiglie deriva dall’aggiunta del piatto detergente per la bottiglia Olio + Acqua + Sapone. Le molecole detergenti possono formare legami con molecole sia di acqua che di olio. Pertanto, sebbene l’olio e l’acqua non si mescolino tecnicamente tra loro, le molecole del detersivo per piatti agiscono come un ponte tra le molecole di olio e acqua. Di conseguenza, le molecole di olio e acqua non sono chiaramente separate nella bottiglia. Invece, vedi una miscela torbida, risultante dalle catene di olio, sapone e acqua che hai creato aggiungendo detersivo per piatti.

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Questa attività ti è stata offerta in collaborazione con Science Buddies