Nøkkelbegreper
kjemi
overflateaktive stoffer
tetthet
polaritet

Innledning
Du har kanskje hørt folk si, «Disse to blander seg som olje og vann,» når de beskriver to personer som ikke kommer overens. Kanskje du også har lagt merke til at skinnende olje flyter på overflaten av vannpytter etter at det regner. I begge tilfeller forstår du at vann og olje ikke passer godt sammen – men har du noen gang lurt på hvorfor? Så mange andre ting kan oppløses i vann – hvorfor ikke olje? I denne aktiviteten vil vi undersøke hva gjør olje så spesiell, og vi vil prøve å få det umulige til å skje: blande olje og vann!

Bakgrunn
I motsetning til mange andre stoffer som fruktjuice, matfargestoffer eller til og med sukker og salt, gjør oljer det ikke blandes med vann. Årsaken er relatert til egenskapene til olje og vann. Vannmolekyler består av ett oksygenatom og to hydrogenatomer. I tillegg til å ha denne veldig enkle strukturen, vannmol kule er polare, noe som betyr at det er en ujevn fordeling av ladning over vannmolekylet. Vann har en delvis negativ ladning fra oksygenatomet og delvis positive ladninger på hydrogenatomene. Denne polariteten tillater vannmolekyler å danne sterke hydrogenbindinger med hverandre, mellom det negativt ladede oksygenatomet på et vannmolekyl og de positivt ladede hydrogenatomene til et annet. Andre molekyler som salter og sukker er i stand til å oppløses i vann på grunn av dets polaritet. Ladningene i hver ende av vannmolekylet hjelper til med å bryte opp de kjemiske strukturene til andre molekyler.

Oljer er derimot ikke-polære, og som et resultat tiltrekkes de ikke av polariteten til vannmolekyler. Faktisk er oljer hydrofobe, eller «vannfryktige.» I stedet for å bli tiltrukket av vannmolekyler, blir oljemolekyler frastøtt av dem. Som et resultat, når du legger olje til en kopp vann, blandes de ikke med hverandre. Fordi olje er mindre tett enn vann, vil den alltid flyte på toppen av vannet og skape et overflatelag med olje. Du har kanskje sett dette på gatene etter kraftig regn – noen vannpytter vil ha et belegg med olje som flyter på seg.

I denne aktiviteten vil vi teste kraften til overflateaktive stoffer som hjelper oss å blande olje og vann. Det overflateaktive stoffet vi skal bruke er oppvaskmiddel, som hjelper til med å bryte overflatespenningen mellom olje og vann fordi det er amfifilt: delvis polært og delvis ikke-polært. Som et resultat kan vaskemidler bindes til både vann- og oljemolekyler. Vi får se resultatene av denne egenskapen i denne aktiviteten!

Materialer

• 2 klare vannflasker av plast med lokk
• 2 kopper vann
• En halv kopp olje (olivenolje, matlaging eller vegetabilske oljer vil fungere)
• Flytende oppvasksåpe
• Klokke eller timer
• Permanent markør
• Målebeger
• Måleske
• Fargestoffer av mat (valgfritt)

Klargjøring

• Fjern etiketter fra vannflaskene.
• Bruk markøren til å merke flaskene: Merk den første «Olje + Vann» og den andre «Olje + Vann + såpe. ” Skriv etikettene så nær toppen av flaskene som mulig.
• Hell en kopp vann i hver flaske.

Fremgangsmåte

• Mål og hell forsiktig en fjerdedel kopp olje i flasken merket Oil + Water. La flasken sitte på en benkeplate eller flat overflate mens du observerer vannet og oljen. Sank oljen til bunnen av flasken, sett deg på vannet eller bland med den?
• Gjenta dette trinnet, og tilsett en fjerdedel kopp olje til flasken merket Olje + Vann + Såpe. Senker oljen til bunnen, sitter på vannet eller bland med det?
• Tilsett tre ss oppvaskmiddel forsiktig i flasken merket Olje + vann + såpe. Prøv å ikke riste flasken mens du tilsetter oppvaskmiddel.
• Forsikre deg om at flaskehettene er skrudd fast på hver flaske.
• Hold en flaske i hver hånd, rist flaskene kraftig i 20 sekunder.
• Sett flaskene ned på en flat overflate med mye lys.
• Legg merke til klokkeslettet eller sett en tidtaker i 10 minutter.
• Observer innholdet i hver flaske. Hold dem opp mot en lys en om gangen, slik at du tydelig kan se hva som skjer inne i flasken. Var det noe som endret seg når du ristet flaskene? Ser blandingene like ut i begge deler? Hvis ikke, hva er forskjellen mellom dem? Hvordan vil du forklare forskjellene du observerer?
• Etter 10 minutter har gått, se på innholdet i flaskene og legg merke til endringene. Hvordan ser oljen og vannet ut i hver flaske? Har oljen blandet seg med vannet, senket seg til bunnen eller stiger til toppen?
• Ekstra: Tilsett matfargestoffer i vannet for å få en lavalampeeffekt
• Ekstra: Test andre typer såpe, for eksempel tannkrem, håndsåpe og sjampo ved å blande dem med olje og vann.

Observasjoner og resultater
I denne aktiviteten kombinerte du olje og vann, og så hvordan tilsetting av oppvaskmiddel endret egenskapene til denne blandingen. Først skulle du ha lagt merke til at når du tilsatte oljen i vannet blandet de seg ikke. I stedet skapte oljen et lag på vannoverflaten. Dette er fordi olje er mindre tett enn vann, og derfor flyter den til overflaten. Når du ristet olje + vannflasken, har du kanskje lagt merke til at oljen brøt opp i små perler. Disse perlene blandet seg imidlertid ikke med vannet. Etter at du lot Oil + Water-flasken sitte i 10 minutter, burde du ha observert at oljen og vannet begynte å skille seg igjen nesten umiddelbart, og etter ytterligere 10 minutter var det igjen to forskjellige lag i flasken din.

I kontrast du burde ha funnet å riste på olje + vann + såpeflasken resulterte i mye skum, men i stedet for å umiddelbart begynne å skille seg, var blandingen en overskyet, gul farge. Til slutt burde oljen og vannet ha delt seg i to lag igjen, men disse lagene burde ha virket mindre tydelige og grumsere enn lagene i olje + vannflasken.

Forskjellen mellom de to flaskene er resultatet av å tilsette fat vaskemiddel til olje + vann + såpeflaske. Vaskemiddelmolekylene kan danne bindinger med både vann- og oljemolekyler. Derfor, selv om olje og vann ikke er teknisk blandet med hverandre, fungerer oppvaskmiddelmolekylene som en bro mellom olje og vannmolekyler. Som et resultat er ikke olje- og vannmolekylene klart skilt i flasken. I stedet ser du en overskyet blanding som er et resultat av olje-, såpe- og vannkjedene du har opprettet ved å tilsette oppvaskmiddel.

Mer å utforske
Goo-Be-Gone: Cleaning Up Oil Spills, fra Science Buddies – Lag din egen lavalampe, fra Scientific American
The Chemistry of Clean: Lag din egen såpe for å studere såpesyntese, fra Science Buddies
Science Activities for All Ages !, fra Science Buddies

Denne aktiviteten ble gitt til deg i partnerskap med Science Buddies