Schlüsselkonzepte
Chemie
Tenside
Dichte
Polarität

Einführung
Sie haben vielleicht Leute sagen hören: „Diese beiden mischen sich wie Öl und Wasser“, wenn sie zwei Personen beschreiben, die nicht miteinander auskommen. Vielleicht haben Sie auch bemerkt, dass glänzendes Öl auf der Oberfläche von schwimmt Wasserpfützen nach dem Regen. In beiden Fällen verstehen Sie, dass Wasser und Öl nicht gut zusammenpassen – aber haben Sie sich jemals gefragt, warum? So viele andere Dinge können sich in Wasser auflösen – warum nicht Öl? In dieser Aktivität werden wir untersuchen, was macht Öl so besonders, und wir werden versuchen, das Unmögliche möglich zu machen: Öl und Wasser mischen!

Hintergrund
Im Gegensatz zu vielen anderen Substanzen wie Fruchtsaft, Lebensmittelfarbstoffen oder sogar Zucker und Salz tun dies Öle nicht mit Wasser mischen. Der Grund hängt mit den Eigenschaften von Öl und Wasser zusammen. Wassermoleküle bestehen aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Zusätzlich zu dieser sehr einfachen Struktur hat Wassermol cules sind polar, was bedeutet, dass es eine ungleichmäßige Ladungsverteilung über das Wassermolekül gibt. Wasser hat eine teilweise negative Ladung von seinem Sauerstoffatom und teilweise positive Ladungen von seinen Wasserstoffatomen. Diese Polarität ermöglicht es Wassermolekülen, starke Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem negativ geladenen Sauerstoffatom eines Wassermoleküls und den positiv geladenen Wasserstoffatomen eines anderen zu bilden. Andere Moleküle wie Salze und Zucker können sich aufgrund ihrer Polarität ebenfalls in Wasser lösen. Die Ladungen an beiden Enden des Wassermoleküls helfen dabei, die chemischen Strukturen anderer Moleküle aufzubrechen.

Öle sind dagegen unpolar und werden daher nicht von der Polarität der Wassermoleküle angezogen. In der Tat sind Öle hydrophob oder „wasserangst“. Anstatt von Wassermolekülen angezogen zu werden, werden Ölmoleküle von ihnen abgestoßen. Wenn Sie einer Tasse Wasser Öl hinzufügen, vermischen sich die beiden nicht miteinander. Da Öl weniger dicht als Wasser ist, schwimmt es immer Auf dem Wasser entsteht eine Oberflächenschicht aus Öl. Möglicherweise haben Sie dies nach einem starken Regen auf der Straße gesehen. Auf einigen Wasserpfützen schwimmt eine Ölschicht.

In dieser Aktivität werden wir testen Die Kraft von Tensiden, die uns beim Mischen von Öl und Wasser helfen. Das Tensid, das wir verwenden werden, ist Geschirrspülmittel, das dabei hilft, die Oberflächenspannung zwischen Öl und Wasser aufzubrechen, da es amphiphil ist: teils polar, teils unpolar. Infolgedessen können sich Waschmittel binden Wir werden die Ergebnisse dieser Eigenschaft in dieser Aktivität sehen!

Materialien

• 2 klare Plastikwasserflaschen mit Deckel
• 2 Tassen Wasser
• Eine halbe Tasse Öl (Oliven-, Koch- oder Pflanzenöle funktionieren)
• Flüssige Spülmittel
• Uhr oder Timer
• Permanentmarker
• Messbecher
• Messlöffel
• Lebensmittelfarbe (optional)

Vorbereitung

• Entfernen Sie alle Etiketten von Ihren Wasserflaschen.
• Verwenden Sie Ihren Marker, um die Flaschen zu kennzeichnen: Beschriften Sie das erste „Öl + Wasser“ und das zweite „Öl +“ Wasser + Seife. “ Schreiben Sie die Etiketten so nah wie möglich an die Oberseite der Flaschen.
• Gießen Sie eine Tasse Wasser in jede Flasche.

Vorgehensweise

• Messen Sie vorsichtig eine viertel Tasse Öl und gießen Sie sie in die mit Öl + Wasser gekennzeichnete Flasche. Lassen Sie die Flasche auf einer Arbeitsplatte oder einer ebenen Fläche stehen, während Sie Wasser und Öl beobachten. Sinkt das Öl auf den Boden von die Flasche auf das Wasser setzen oder damit mischen?
• Wiederholen Sie diesen Schritt, indem Sie der Flasche mit der Bezeichnung Öl + Wasser + Seife eine viertel Tasse Öl hinzufügen. Sinkt das Öl auf den Boden, setzen Sie sich auf das Wasser geben oder damit mischen?
• Geben Sie vorsichtig drei Esslöffel Spülmittel in die Flasche mit der Aufschrift Öl + Wasser + Seife. Versuchen Sie, die Flasche beim Hinzufügen der Spülmittel nicht zu schütteln.
• Stellen Sie sicher, dass die Flaschenverschlüsse fest mit jeder Flasche verschraubt sind.
• Halten Sie eine Flasche in jeder Hand und schütteln Sie die Flaschen 20 Sekunden lang kräftig.
• Stellen Sie die Flaschen ab auf einer ebenen Fläche mit viel Licht.
• Notieren Sie die Uhrzeit auf Ihrer Uhr oder stellen Sie einen Timer für 10 Minuten ein.
• Beobachten Sie den Inhalt jeder Flasche. Halten Sie sie nacheinander gegen ein Licht, damit Sie deutlich sehen können, was in der Flasche passiert. Hat sich etwas geändert, als Sie die Flaschen geschüttelt haben? Sehen die Mischungen in beiden gleich aus? Wenn nicht, was ist zwischen ihnen anders? Wie würden Sie die beobachteten Unterschiede erklären?
• Nach 10 Minuten sehen Sie sich den Inhalt der Flaschen an und notieren Sie die Änderungen. Wie sehen Öl und Wasser in jeder Flasche aus? Hat sich das Öl mit dem Wasser vermischt, sinkt es nach unten oder steigt es nach oben?
• Extra: Fügen Sie dem Wasser Lebensmittelfarbe hinzu, um einen Lavalampeneffekt zu erzielen.
• Extra: Testen Sie andere Seifensorten wie Zahnpasta, Handseife und Shampoo, indem Sie sie mit Öl und Öl mischen Wasser.

Beobachtungen und Ergebnisse
In dieser Aktivität haben Sie Öl und Wasser kombiniert und dann beobachtet, wie die Zugabe von Geschirrspülmittel die Eigenschaften dieser Mischung verändert hat. Zuerst sollten Sie bemerkt haben, dass sich das Öl beim Hinzufügen zum Öl nicht vermischte. Stattdessen bildete das Öl eine Schicht auf der Wasseroberfläche. Dies liegt daran, dass Öl weniger dicht als Wasser ist und daher an die Oberfläche schwimmt. Wenn Sie die Öl + Wasser-Flasche geschüttelt haben, haben Sie möglicherweise bemerkt, dass das Öl in winzige Perlen zerfiel. Diese Perlen vermischten sich jedoch nicht mit dem Wasser. Nachdem Sie die Öl + Wasser-Flasche 10 Minuten lang stehen gelassen haben, sollten Sie beobachtet haben, wie sich Öl und Wasser fast sofort wieder trennen, und nach weiteren 10 Minuten befanden sich wieder zwei verschiedene Schichten in Ihrer Flasche.

In Im Gegensatz dazu hätte das Schütteln der Öl + Wasser + Seifenflasche zu viel Schaum führen müssen, aber anstatt sich sofort zu trennen, hatte die Mischung eine trübe, gelbe Farbe. Schließlich sollten sich Öl und Wasser wieder in zwei Schichten getrennt haben, aber diese Schichten sollten weniger deutlich und wolkiger erscheinen als die Schichten in Ihrer Öl + Wasser-Flasche.

Der Unterschied zwischen den beiden Flaschen ergibt sich aus dem Hinzufügen einer Schale Waschmittel in die Öl + Wasser + Seifenflasche. Die Waschmittelmoleküle können sowohl mit Wasser- als auch mit Ölmolekülen Bindungen eingehen. Obwohl sich Öl und Wasser technisch nicht miteinander vermischen, wirken die Spülmittelmoleküle als Brücke zwischen Öl- und Wassermolekülen. Infolgedessen sind die Öl- und Wassermoleküle in der Flasche nicht klar voneinander getrennt. Stattdessen sehen Sie eine trübe Mischung, die aus den Öl-, Seifen- und Wasserketten resultiert, die Sie durch Hinzufügen von Spülmittel erzeugt haben.

Weitere Informationen
Goo-Be-Gone: Ölverschmutzungen beseitigen, von Science Buddies
Machen Sie Ihre eigene Lava-Lampe, von Scientific American
The Chemistry of Clean: Machen Sie Ihre eigene Seife, um die Seifensynthese zu studieren, von Science Buddies
Wissenschaftliche Aktivitäten für alle Altersgruppen!, von Science Buddies

Diese Aktivität wurde Ihnen in Zusammenarbeit mit Science Buddies

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