Nyckelbegrepp
kemi
ytaktiva ämnen
densitet och polaritet

Introduktion
Du kanske har hört folk säga ”De två blandar sig som olja och vatten” när de beskriver två personer som inte kommer överens. Kanske har du också märkt att blank olja flyter på ytan av vattenpölar efter att det regnar. I båda fallen förstår du att vatten och olja inte passar bra – men har du någonsin undrat varför? Så många andra saker kan lösas upp i vatten – varför inte olja? I denna aktivitet undersöker vi vad gör olja så speciell, och vi ska försöka få det omöjliga att hända: blanda olja och vatten!

Bakgrund
Till skillnad från många andra ämnen som fruktjuice, färgämnen eller till och med socker och salt, gör oljor det inte blandas med vatten. Anledningen är relaterad till egenskaperna hos olja och vatten. Vattenmolekyler består av en syreatom och två väteatomer. Förutom att ha denna mycket enkla struktur, vattenmol kulor är polära, vilket innebär att det finns en ojämn fördelning av laddningen över vattenmolekylen. Vatten har en partiell negativ laddning från sin syreatom och delvis positiva laddningar på dess väteatomer. Denna polaritet tillåter vattenmolekyler att bilda starka vätebindningar med varandra mellan den negativt laddade syreatomen på en vattenmolekyl och de positivt laddade väteatomerna hos en annan. Andra molekyler som salter och sockerarter kan också lösas i vatten på grund av dess polaritet. Laddningarna i vardera änden av vattenmolekylen hjälper till att bryta upp de kemiska strukturerna hos andra molekyler.

Oljor är däremot icke-polära och som ett resultat lockas de inte av vattenmolekylernas polaritet. I själva verket är oljor hydrofoba eller ”rädda för vatten.” Istället för att attraheras av vattenmolekyler avvisas oljemolekyler av dem. Som ett resultat, när du lägger till olja i en kopp vatten blandas de inte med varandra. Eftersom olja är mindre tät än vatten kommer den alltid att flyta ovanpå vatten, vilket skapar ett ytskikt med olja. Du kanske har sett det på gatorna efter ett kraftigt regn – vissa vattenpölar kommer att ha en beläggning med olja som flyter på sig.

I den här aktiviteten kommer vi att testa ytaktiva medel som hjälper oss att blanda olja och vatten. Det ytaktiva ämnet vi använder är diskmedel, vilket hjälper till att bryta upp ytspänningen mellan olja och vatten eftersom det är amfifilt: delvis polärt och delvis opolärt. Som ett resultat kan tvättmedel binda till både vatten- och oljemolekyler. Vi kommer att se resultaten av den här egenskapen i den här aktiviteten!

Material

• 2 klara vattenflaskor av plast med lock
• 2 koppar vatten
• En halv kopp olja (olivolja, matlagning eller vegetabiliska oljor fungerar alla)
• Flytande diskmedel
• Klocka eller timer
• Permanent markör
• Mätbägare
• Mätsked
• Livsmedelsfärgning (valfritt)

Förberedelse

• Ta bort eventuella etiketter från dina vattenflaskor.
• Använd din markör för att märka flaskorna: Märk den första ”Oil + Water” och den andra ”Oil + Vatten + tvål. ” Skriv etiketterna så nära flaskornas toppar som möjligt.
• Häll en kopp vatten i varje flaska.

Förfarande

• Mät försiktigt och häll en fjärdedel kopp olja i flaskan märkt Oil + Water. Låt flaskan sitta på en bänkskiva eller plan yta medan du observerar vattnet och oljan. Sänker oljan till botten av sitta ovanpå vattnet eller blanda med det?
• Upprepa detta steg och lägg till en fjärdedel kopp olja i flaskan märkt Oil + Water + Soap. Sänker oljan till botten, sitt ovanpå vattnet eller blanda med det?
• Tillsätt försiktigt tre matskedar tvål till flaskan märkt Oil + Water + Soap. Försök att inte skaka flaskan när du lägger till disktvålen.
• Se till att flasklocken är ordentligt skruvade fast på varje flaska.
• Håll en flaska i varje hand, skaka flaskorna kraftigt i 20 sekunder.
• Sätt ner flaskorna på en plan yta med mycket ljus.
• Notera tiden på din klocka eller ställ in en timer i 10 minuter.
• Observera innehållet i varje flaska. Håll dem upp mot en ljus i taget så att du tydligt kan se vad som händer inne i flaskan. Ändrades något när du skakade flaskorna? Ser blandningarna likadana ut i båda? Om inte, vad skiljer sig mellan dem? Hur skulle du förklara skillnaderna du observerar?
• Efter 10 minuter har tittat på flaskornas innehåll och noterat ändringarna. Hur ser oljan och vattnet ut i varje flaska? Har oljan blandats med vattnet, sjunkit till botten eller stigit till toppen?
• Extra: Lägg till färgämnen i vattnet för att få en lavalampeffekt
• Extra: Testa andra typer av tvål, såsom tandkräm, handtvål och schampo genom att blanda dem med olja och vatten.

Observationer och resultat
I denna aktivitet kombinerade du olja och vatten och observerade sedan hur tillsats av diskmedel förändrade blandningens egenskaper. Först borde du ha märkt att när du tillsatte oljan i vattnet blandades de inte. Istället skapade oljan ett lager på vattenytan. Detta beror på att olja är mindre tät än vatten och därför flyter till ytan. När du skakade olja + vattenflaskan kanske du märkte att oljan bröt upp i små pärlor. Dessa pärlor blandades emellertid inte med vattnet. När du har låtit olja + vattenflaskan sitta i 10 minuter borde du ha observerat att olja och vatten började separera igen nästan omedelbart, och efter ytterligare 10 minuter fanns det återigen två distinkta lager i din flaska.

I kontrast du borde ha hittat att skaka olja + vatten + tvålflaskan resulterade i mycket skum, men istället för att omedelbart börja separera var blandningen en grumlig, gul färg. Så småningom borde oljan och vattnet ha delats i två lager igen, men dessa lager borde ha verkat mindre distinkta och grumligare än skikten i din olja + vattenflaska.

Skillnaden mellan de två flaskorna är resultatet av att du har lagt till skålen tvättmedel till olja + vatten + tvålflaska. Detergentmolekylerna kan bilda bindningar med både vatten- och oljemolekyler. Därför, även om oljan och vattnet inte blandas tekniskt, fungerar diskmedelsmolekylerna som en bro mellan olja och vattenmolekyler. Som ett resultat separeras inte olja och vattenmolekylerna i flaskan. Istället ser du en grumlig blandning som härrör från de oljekedjor som du har skapat genom att tillsätta diskmedel.

Mer att utforska
Goo-Be-Gone: Rengöring av oljespill, från Science Buddies – Skapa din egen lavalampa, från Scientific American
The Chemistry of Clean: Make Your Own Soap to Study Soap Synthesis, from Science Buddies
Science Activity for All Ages !, från Science Buddies

Den här aktiviteten gav dig i samarbete med Science Buddies