Kernbegrippen
Chemie
Oppervlakteactieve stoffen
Dichtheid
Polariteit

Inleiding
Misschien heb je mensen horen zeggen: “Die twee mengen zich als olie en water”, als ze twee mensen beschrijven die niet met elkaar overweg kunnen. Misschien heb je ook gemerkt dat glanzende olie op het oppervlak van plassen water nadat het heeft geregend. In beide gevallen begrijp je dat water en olie niet goed samengaan – maar heb je je ooit afgevraagd waarom? Zoveel andere dingen kunnen oplossen in water – waarom geen olie? In deze activiteit zullen we onderzoeken wat maakt olie zo speciaal, en we zullen proberen het onmogelijke te laten gebeuren: olie en water mengen!

Achtergrond
In tegenstelling tot veel andere stoffen zoals vruchtensap, kleurstoffen voor levensmiddelen of zelfs suiker en zout, doen oliën dat wel niet mengen met water. De reden houdt verband met de eigenschappen van olie en water. Watermoleculen bestaan uit één zuurstofatoom en twee waterstofatomen. Naast deze zeer eenvoudige structuur, watermol cules zijn polair, wat betekent dat er een ongelijke verdeling van lading over het watermolecuul is. Water heeft een gedeeltelijke negatieve lading van zijn zuurstofatoom en gedeeltelijk positieve ladingen van zijn waterstofatomen. Door deze polariteit kunnen watermoleculen sterke waterstofbruggen met elkaar vormen, tussen het negatief geladen zuurstofatoom op het ene watermolecuul en de positief geladen waterstofatomen van een ander. Andere moleculen, zoals zouten en suikers, kunnen vanwege de polariteit ook in water oplossen. De ladingen aan beide uiteinden van het watermolecuul helpen de chemische structuren van andere moleculen te doorbreken.

Oliën zijn daarentegen niet-polair, en als gevolg daarvan worden ze niet aangetrokken door de polariteit van watermoleculen. In feite zijn oliën hydrofoob, of ‘waterafstotend’. In plaats van aangetrokken te worden door watermoleculen, worden oliemoleculen erdoor afgestoten. Als je olie aan een kopje water toevoegt, vermengen de twee zich dus niet met elkaar. Omdat olie minder dicht is dan water, zal het altijd drijven bovenop water, waardoor een oppervlaktelaag van olie ontstaat. Misschien heb je dit na een zware regenbui op straten gezien – op sommige plassen water drijft een laag olie.

In deze activiteit zullen we testen de kracht van oppervlakteactieve stoffen om ons te helpen olie en water te mengen. De oppervlakteactieve stof die we zullen gebruiken is afwasmiddel, dat helpt om de oppervlaktespanning tussen olie en water te doorbreken omdat het amfifiel is: gedeeltelijk polair en gedeeltelijk niet-polair. Als gevolg hiervan kunnen wasmiddelen binden aan zowel water- als oliemoleculen. We zullen de resultaten van deze eigenschap in deze activiteit zien!

Materialen

• 2 doorzichtige plastic waterflessen met deksels
• 2 kopjes water
• Een halve kop olie (olijfolie, kookolie of plantaardige oliën werken allemaal)
• Vloeibare afwasmiddel
• Klok of timer
• Permanente marker
• Maatbeker
• Maatlepel
• Kleurstof (optioneel)

Voorbereiding

• Verwijder eventuele etiketten van uw waterflessen.
• Gebruik uw stift om de flessen te etiketteren: Label de eerste “Olie + Water” en de tweede “Olie + Water + zeep. ” Schrijf de etiketten zo dicht mogelijk bij de bovenkant van de flessen.
• Giet een kopje water in elke fles.

Procedure

• Meet zorgvuldig en giet een kwart kopje olie in de fles met het label Oil + Water. Laat de fles op een aanrecht of een plat oppervlak staan terwijl je naar het water en de olie kijkt. Zakt de olie naar de bodem van de fles, op het water gaan zitten of ermee mengen?
• Herhaal deze stap en voeg een kwart kopje olie toe aan de fles met het label Oil + Water + Soap. Gaat de olie naar de bodem, bovenop het water of ermee mengen?
• Voeg voorzichtig drie eetlepels afwasmiddel toe aan de fles met het label Oil + Water + Soap. Probeer de fles niet te schudden terwijl je het afwasmiddel toevoegt.
• Zorg ervoor dat de doppen stevig op elke fles zijn geschroefd.
• Houd een fles in elke hand en schud de flessen krachtig gedurende 20 seconden.
• Zet de flessen neer op een vlakke ondergrond met veel licht.
• Noteer de tijd op uw klok of stel een timer in op 10 minuten.
• Bekijk de inhoud van elke fles. Houd ze een voor een tegen een lichte, zodat je duidelijk kunt zien wat er in de fles gebeurt. Is er iets veranderd toen je de flessen schudde? Zien de mengsels er in beide hetzelfde uit? Zo nee, wat is er tussen hen anders? Hoe zou u de verschillen verklaren die u waarneemt?
• Kijk na 10 minuten naar de inhoud van de flessen en noteer de veranderingen. Hoe ziet de olie en het water eruit in elke fles? Is de olie met het water vermengd, naar de bodem gezakt of naar de top gestegen?
• Extra: voeg kleurstof toe aan het water om een lavalampeffect te krijgen
• Extra: test andere soorten zeep, zoals tandpasta, handzeep en shampoo door ze te mengen met olie en water.

Observaties en resultaten
Bij deze activiteit combineerde je olie en water en observeerde je hoe het toevoegen van afwasmiddel de eigenschappen van dit mengsel veranderde. Ten eerste had je moeten opmerken dat wanneer je de olie aan het water toevoegde, ze niet met elkaar vermengden. In plaats daarvan creëerde de olie een laag op het wateroppervlak. Dit komt omdat olie minder dicht is dan water en daarom naar de oppervlakte drijft. Toen je de Oil + Water-fles schudde, heb je misschien gemerkt dat de olie in kleine kralen uiteenviel. Deze kralen vermengden zich echter niet met het water. Nadat je de Oil + Water-fles 10 minuten had laten staan, had je moeten zien dat de olie en het water bijna onmiddellijk weer begonnen te scheiden, en na nog eens 10 minuten waren er weer twee verschillende lagen in je fles.

In Daarentegen had je moeten merken dat het schudden van de fles Olie + Water + Zeep veel schuim opleverde, maar in plaats van meteen te scheiden, was het mengsel een troebele, gele kleur. Uiteindelijk zouden de olie en het water weer in twee lagen moeten zijn gescheiden, maar deze lagen hadden er minder duidelijk en troebeler uit moeten zien dan de lagen in je Oil + Water-fles.

Het verschil tussen de twee flessen ontstaat door het toevoegen van schotel afwasmiddel in de fles Olie + Water + Zeep. De wasmiddelmoleculen kunnen bindingen vormen met zowel water- als oliemoleculen. Daarom, hoewel de olie en het water technisch niet met elkaar vermengen, fungeren de afwasmiddelmoleculen als een brug tussen olie- en watermoleculen. Als gevolg hiervan zijn de olie- en watermoleculen niet duidelijk gescheiden in de fles. In plaats daarvan zie je een troebel mengsel als gevolg van de olie-, zeep- en waterketens die je hebt gemaakt door afwasmiddel toe te voegen.

Meer om te ontdekken
Goo-Be-Gone: Olievlekken opruimen, van Science Buddies
Maak je eigen lavalamp, van Scientific American
The Chemistry of Clean: maak je eigen zeep om zeepsynthese te bestuderen, van Science Buddies en Science Activities for All Ages !, van Science Buddies

Deze activiteit wordt u aangeboden in samenwerking met Science Buddies