ممکن است شنیده باشید که وقتی در حال توصیف دو نفری هستند که با هم هماهنگ نیستند، می گویند: «این دو مانند روغن و آب مخلوط می شوند». شاید شما نیز متوجه شناور شدن روغن براق روی سطح گودال های آب پس از بارندگی شده باشید. در هر دو مورد می‌دانید که آب و روغن با هم خوب نیستند، اما آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چرا؟ خیلی چیزهای دیگر می توانند در آب حل شوند – چرا روغن؟ در این فعالیت، آنچه که روغن را بسیار خاص می‌کند، بررسی می‌کنیم، و سعی می‌کنیم غیرممکن را محقق کنیم: مخلوط کردن روغن و آب!
علت آزمایش علمی آب و روغن
برخلاف بسیاری از مواد دیگر مانند آب میوه، رنگ های غذایی یا حتی شکر و نمک، روغن ها با آب مخلوط نمی شوند. دلیل آن به خواص روغن و آب مربوط می شود. مولکول های آب از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده اند. علاوه بر داشتن این ساختار بسیار ساده، مولکول‌های آب قطبی هستند، به این معنی که توزیع نابرابر بار در سراسر مولکول آب وجود دارد.
آب دارای بار منفی جزئی از اتم اکسیژن و بارهای مثبت جزئی بر روی اتم های هیدروژن خود است. این قطبیت به مولکول‌های آب اجازه می‌دهد تا پیوندهای هیدروژنی قوی با یکدیگر، بین اتم اکسیژن با بار منفی در یک مولکول آب و اتم‌های هیدروژن با بار مثبت در مولکول دیگر تشکیل دهند. مولکول های دیگر مانند نمک ها و قندها نیز به دلیل قطبیت آن قادر به حل شدن در آب هستند.
در مقابل، روغن ها غیرقطبی هستند و در نتیجه جذب قطبیت مولکول های آب نمی شوند. در واقع، روغن ها آبگریز یا “آب ترس” هستند. به جای جذب مولکول های آب، مولکول های روغن توسط آنها دفع می شوند. در نتیجه وقتی روغن را به یک فنجان آب اضافه می کنید این دو با یکدیگر مخلوط نمی شوند.
از آنجایی که روغن چگالی کمتری نسبت به آب دارد، همیشه روی آب شناور می شود و یک لایه سطحی از روغن ایجاد می کند. ممکن است این را در خیابان‌ها پس از باران شدید دیده باشید—برخی گودال‌های آب پوششی از روغن روی آنها شناور است.
مواد آزمایش علمی آب و روغن
- 2 بطری آب پلاستیکی شفاف با درب
- 2 لیوان آب
- نصف فنجان روغن (روغن های زیتون، پخت و پز یا گیاهی همگی موثر خواهند بود)
- صابون ظرفشویی مایع
- ساعت یا تایمر
- نشانگر دائمی
- جام اندازه گیری
- قاشق اندازه گیری
- رنگ خوراکی (اختیاری)
آماده سازی
- هر گونه برچسب را از بطری های آب خود بردارید.
- از نشانگر خود برای برچسب زدن بطری ها استفاده کنید: اولی را «روغن+آب» و دومی را «روغن+آب+صابون» بزنید. برچسب ها را تا حد امکان نزدیک به بالای بطری ها بنویسید.
- در هر بطری یک فنجان آب بریزید.
روش آزمایش علمی آب و روغن
با دقت اندازه گیری کنید و یک چهارم فنجان روغن را در بطری با برچسب روغن + آب بریزید. در حالی که آب و روغن را مشاهده می کنید، اجازه دهید بطری روی یک میز یا سطح صاف قرار گیرد. آیا روغن به ته بطری فرو می‌رود، روی آب می‌نشیند یا با آن مخلوط می‌شود؟
- این مرحله را تکرار کنید و یک چهارم فنجان روغن را به بطری با برچسب روغن + آب + صابون اضافه کنید. آیا روغن به پایین فرو می رود، روی آب می نشیند یا با آن مخلوط می شود؟
- سه قاشق غذاخوری صابون ظرفشویی را با احتیاط به بطری با برچسب روغن + آب + صابون اضافه کنید. سعی کنید هنگام اضافه کردن صابون ظرف، بطری را تکان ندهید.
- مطمئن شوید که درب بطری ها محکم به هر بطری پیچ شده است.
- با گرفتن یک بطری در هر دست، بطری ها را به مدت 20 ثانیه به شدت تکان دهید.
- بطری ها را روی یک سطح صاف با نور زیاد قرار دهید.
- به زمان ساعت خود توجه داشته باشید یا تایمر را برای 10 دقیقه تنظیم کنید.
مشاهده کنید
به محتویات هر بطری توجه کنید. آنها را هر چند وقت یکبار به سمت نور نگه دارید تا بتوانید به وضوح ببینید داخل بطری چه اتفاقی می‌افتد. آیا با تکان دادن بطری ها چیزی تغییر کرد؟ آیا مخلوط ها در هر دو یکسان به نظر می رسند؟ اگر نه، چه تفاوتی بین آنها وجود دارد؟ تفاوت هایی را که مشاهده می کنید چگونه توضیح می دهید؟
پس از گذشت 10 دقیقه به محتویات بطری ها نگاه کنید و تغییرات را یادداشت کنید. روغن و آب در هر بطری چگونه به نظر می رسد؟ آیا روغن با آب مخلوط شده، به پایین فرو رفته یا به سمت بالا بالا آمده است؟
حالا رنگ خوراکی را به آب اضافه کنید تا نتیجه را بهتر ببنید.
موارد اضافی: سایر انواع صابون مانند خمیر دندان، صابون دست و شامپو را با مخلوط کردن آنها با روغن و آب آزمایش کنید.
مشاهدات و نتایج آزمایش علمی آب و روغن
در این فعالیت شما روغن و آب را با هم ترکیب کردید سپس مشاهده کردید که چگونه افزودن مواد شوینده ظرف باعث تغییر خواص این مخلوط شد. ابتدا باید توجه می کردید که وقتی روغن را به آب اضافه می کنید با هم مخلوط نمی شوند. در عوض روغن یک لایه روی سطح آب ایجاد کرد.
این کاربه این دلیل است که روغن چگالی کمتری نسبت به آب دارد و به همین دلیل روی سطح شناور می شود. هنگامی که بطری روغن + آب را تکان دادید، ممکن است متوجه شده باشید که روغن به دانه های ریزی تبدیل شده است. اما این دانه ها با آب مخلوط نشدند. بعد از اینکه بطری روغن + آب را به مدت 10 دقیقه گذاشتید، باید مشاهده می کردید که روغن و آب دوباره تقریباً بلافاصله شروع به جدا شدن می کنند و پس از 10 دقیقه دیگر دوباره دو لایه مجزا در بطری شما وجود داشت.
تاثیرصابون
در مقابل باید متوجه می‌شوید که تکان دادن بطری روغن + آب + صابون باعث ایجاد کف زیادی می‌شود، اما به جای اینکه بلافاصله شروع به جدا شدن کند، مخلوط به رنگ زرد و کدر مبدل شد. در نهایت روغن و آب باید دوباره به دو لایه جدا می‌شدند، اما این لایه‌ها باید نسبت به لایه‌های موجود در بطری روغن + آب کمتر متمایزتر و کدرتر به نظر می‌رسیدند.
تفاوت بین این دو بطری ناشی از افزودن مواد شوینده ظرف به بطری روغن + آب + صابون است. مولکول های مواد شوینده می توانند با مولکول های آب و روغن پیوند ایجاد کنند. بنابراین، اگرچه روغن و آب از نظر فنی با یکدیگر مخلوط نمی شوند، مولکول های مواد شوینده ظرف به عنوان پلی بین مولکول های روغن و آب عمل می کنند. در نتیجه، مولکول های روغن و آب به وضوح در بطری از هم جدا نمی شوند. در عوض، مخلوطی کدر می بینید که ناشی از زنجیره روغن، صابون و آب است که با افزودن مواد شوینده ظرف ایجاد کرده اید.
تشکر میکنم بسیار عالی