Concepte cheie
Chimie
Surfactanți
Densitate
Polaritate

Introducere
Poate că ați auzit oameni spunând: „Acei doi se amestecă ca uleiul și apa”, atunci când descriu doi oameni care nu se înțeleg. Poate ați observat și ulei lucios plutind pe suprafața bălți de apă după ploaie. În ambele cazuri înțelegeți că apa și uleiul nu merg bine împreună – dar v-ați întrebat vreodată de ce? Atât de multe alte lucruri se pot dizolva în apă – de ce nu uleiul? În această activitate vom explora ce face ca uleiul să fie atât de special și vom încerca să facem imposibilul: amestecul de ulei și apă!

Fundal
Spre deosebire de multe alte substanțe, cum ar fi suc de fructe, coloranți alimentari sau chiar zahăr și sare, uleiurile fac nu se amestecă cu apă. Motivul este legat de proprietățile uleiului și apei. Moleculele de apă sunt formate dintr-un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Pe lângă faptul că au această structură foarte simplă, alunița de apă culele sunt polare, ceea ce înseamnă că există o distribuție inegală a sarcinii în molecula de apă. Apa are o sarcină negativă parțială din atomul său de oxigen și sarcini parțiale pozitive asupra atomilor săi de hidrogen. Această polaritate permite moleculelor de apă să formeze legături puternice de hidrogen între ele, între atomul de oxigen încărcat negativ de pe o moleculă de apă și atomii de hidrogen încărcați pozitiv ai alteia. Alte molecule, cum ar fi sărurile și zaharurile, se pot dizolva în apă și din cauza polarității sale. Încărcăturile de la ambele capete ale moleculei de apă ajută la descompunerea structurilor chimice ale altor molecule.

Uleiurile, în schimb, sunt nepolare și, ca urmare, nu sunt atrași de polaritatea moleculelor de apă. De fapt, uleiurile sunt hidrofobe sau „se tem de apă”. În loc să fie atrași de moleculele de apă, moleculele de ulei sunt respinse de ele. Ca rezultat, atunci când adăugați ulei într-o ceașcă de apă, cele două nu se amestecă între ele. Deoarece uleiul este mai puțin dens decât apa, acesta va pluti întotdeauna deasupra apei, creând un strat de suprafață de ulei. Este posibil să fi văzut acest lucru pe străzi după o ploaie puternică – unele bălți de apă vor avea un strat de ulei plutind pe ele.

În această activitate vom testa puterea surfactanților care ne ajută să amestecăm uleiul și apa. Surfactantul pe care îl vom folosi este detergentul pentru vase, care ajută la descompunerea tensiunii de suprafață dintre ulei și apă deoarece este amfifilic: parțial polar și parțial nepolar. Ca urmare, detergenții se pot lega atât la moleculele de apă, cât și la cele de ulei. Vom vedea rezultatele acestei proprietăți în această activitate!

Materiale

• 2 sticle de apă transparente din plastic cu capac
• 2 căni de apă
• O jumătate de cană de ulei (toate uleiurile de măsline, de gătit sau vegetale vor funcționa)
• Săpun lichid de spălat vase
• Ceas sau temporizator
• Marcator permanent
• Pahar de măsurat
• Lingură de măsurat
• Colorant alimentar (opțional)

Pregătire

• Scoateți orice etichete din sticlele de apă.
• Utilizați marcatorul pentru a eticheta sticlele: etichetați primul „Ulei + apă” și al doilea „Ulei + Apă + săpun. ” Scrieți etichetele cât mai aproape de vârfurile sticlelor.
• Se toarnă o cană de apă în fiecare sticlă.

Procedură

• Măsurați cu grijă și turnați un sfert de cană de ulei în sticla etichetată Ulei + apă. Lăsați sticla să stea pe un blat sau pe o suprafață plană în timp ce observați apa și uleiul. sticla, așezați-vă deasupra apei sau amestecați cu ea?
• Repetați acest pas, adăugând un sfert de cană de ulei la sticla etichetată Ulei + apă + săpun. Uleiul se scufundă în partea de jos, stați deasupra apei sau amestecați cu ea?
• Adăugați cu grijă trei linguri de săpun pentru vase în sticla etichetată Ulei + apă + săpun. Încercați să nu agitați sticla în timp ce adăugați săpunul pentru vase.
• Asigurați-vă că capacele sticlei sunt înșurubate strâns de fiecare sticlă.
• Ținând o sticlă în fiecare mână, agitați energic sticlele timp de 20 de secunde.
• Puneți sticlele în jos pe o suprafață plană, cu multă lumină.
• Observați ora de pe ceas sau setați un cronometru timp de 10 minute.
• Respectați conținutul fiecărei sticle. Țineți-le la o lumină la un moment dat, astfel încât să puteți vedea clar ce se întâmplă în sticlă. S-a schimbat ceva când ai scuturat sticlele? Amestecurile arată la fel în ambele? Dacă nu, ce este diferit între ele? Cum ați explica diferențele pe care le observați?
• După 10 minute, uitați-vă la conținutul sticlelor și notați modificările. Cum arată uleiul și apa din fiecare sticlă? Uleiul s-a amestecat cu apa, s-a scufundat până jos sau s-a ridicat până sus?
• Extra: adăugați coloranți alimentari în apă pentru a obține un efect de lampă de lavă
• Extra: testați alte tipuri de săpun, cum ar fi pasta de dinți, săpun de mâini și șampon amestecându-le cu ulei și apă.

Observații și rezultate
În această activitate ați combinat ulei și apă, apoi ați observat cum adăugarea detergentului pentru vase a schimbat proprietățile acestui amestec. Mai întâi ar fi trebuit să observați că atunci când ați adăugat uleiul în apă nu s-au amestecat împreună. În schimb, uleiul a creat un strat pe suprafața apei. Acest lucru se datorează faptului că petrolul este mai puțin dens decât apa și, prin urmare, plutește la suprafață. Când ați scuturat sticla de ulei + apă, ați fi observat că uleiul s-a rupt în mărgele mici. Aceste mărgele, însă, nu s-au amestecat cu apa. După ce ați lăsat sticla Oil + Water să stea timp de 10 minute, ar fi trebuit să observați că uleiul și apa încep să se separe din nou aproape imediat și, după alte 10 minute, au existat din nou două straturi distincte în sticla dvs.

În contrast, ar fi trebuit să descoperiți că scuturarea sticlei de ulei + apă + săpun a dus la o mulțime de spumă, dar în loc să înceapă imediat să se separe, amestecul a fost de o culoare galbenă tulbure. În cele din urmă, uleiul și apa ar fi trebuit să se separe din nou în două straturi, dar aceste straturi ar fi trebuit să pară mai puțin distincte și mai tulbure decât straturile din sticla dvs. Oil + Water.

Diferența dintre cele două sticle rezultă din adăugarea vasului detergent la sticla de ulei + apă + săpun. Moleculele de detergent pot forma legături atât cu moleculele de apă, cât și cu cele de ulei. Prin urmare, deși uleiul și apa nu se amestecă tehnic între ele, moleculele de detergent de vase acționează ca o punte între moleculele de ulei și apă. Ca urmare, moleculele de ulei și apă nu sunt separate în mod clar în sticlă. În schimb, vedeți un amestec tulbure, rezultat din lanțurile de ulei, săpun și apă pe care le-ați creat adăugând detergent pentru vase.

Mai multe de explorat
Goo-Be-Gone: Curățarea scurgerilor de petrol, de la Science Buddies – Faceți-vă propria lampă de lavă, de la Scientific American
Chimia curățeniei: faceți-vă propriul săpun pentru a studia sinteza săpunului, de la Science Buddies
Activități științifice pentru toate vârstele !, de la Science Buddies

Această activitate ți-a fost adusă în parteneriat cu Science Buddies