مفاهیم کلیدی:
شیمی، مولکول، فیزیک، محلول شیمیایی
مقدمه:
همه‌ی ما در کودکی حباب‌بازی کرده‌ایم و این کار برایمان بسیار لذت‌بخش بوده است. اما مشکل همیشگی زود ترکیدن حباب‌ها بود. در این فعالیت، با آشنایی مقدماتی با شیمی محلول‌ها می‌توانید محلولی درست کنید که حباب‌های حاصل از آن بسیار بزرگ و ماندگار خواهند بود، حباب‌هایی که به این سادگی‌ها نمی‌ترکند!
پیش‌زمینه:
حباب در واقع یک فیلم نازک از مخلوط آب و صابون است که داخل آن پر از هوا است. فیلم نازک خود از سه لایه تشکیل شده است. یک لایه‌ی میانی مولکول‌های آب که در بین دو لایه از مولکول‌های صابون قرار گرفته‌است. برای ایجاد یک کره‌ی حباب، میلیون‌ها مولکول باید در این ساختار سه لایه‌ای در کنار هم قرار بگیرند. حالا وقت آن است که یک محلول بسیار قوی از این مولکول‌ها بسازید و با آن حباب‌های خود را درست کنید.
مواد و وسایل مورد نیاز:
- آب
- یک ماده‌ی صابونی مثل مایع ظرفشویی
- گلیسیرین (گلیسیرین خالص با صابون فرق دارد و می‌توانید آن را از داروخانه‌ها در بخش مواد آرایشی و بهداشتی و یا از مغازه-هایی که وسایل آشپزی می‌فروشند خریداری کنید.)
- شکر
- یک ظرف دردار مثل ظرف‌های پلاستیکی که از آنها برای نگهداری غذا استفاده می‌کنید.
- یک فنجان برای اندازه‌گیری مقدار مواد
- یک قاشق غذاخوری و چای‌خوری برای اندازه‌گیری
- دو عدد یا بیشتر لوله پاک‌کن
- قیچی (اختیاری)
- نخ‌پنبه (اختیاری)
- دو میله یا تکه چوب (اختیاری)
آماده‌سازی:
بهتر است این فعالیت را بیرون از خانه و در فضای باز انجام دهید.
روش کار:
مقدار یک فنجان آب را با دو قاشق غذاخوری مایع ظرفشویی، یک قاشق غذاخوری گلیسیرین و یک قاشق چای‌خوری شکر مخلوط کنید. به نظر شما هرکدام از این مواد چه تأثیری در طولانی‌تر کردن عمر حباب‌های حاصل دارند؟
مخلوط حاصل را به خوبی هم بزنید و آن را به مدت حداقل یک ساعت داخل یک ظرف در بسته نگاه دارید. زمانی که آماده‌ی شروع آزمایش هستید، در صورتی که اجزای مخلوط از هم جدا شده بودند آن را به آرامی هم بزنید.
حالا نوبت طراحی دسته‌ی حباب‌ساز است. یک لوله پاک‌کن مفتولی را به صورت دایره خم کنید تا دو انتهای آن به هم برسد به طوری که در هر دو انتها حداقل 1 اینچ از مفتول اضافه بماند.
از یک مفتول دیگر (یا دو مفتول که به هم پیچیده شده‌اند) به‌عنوان دسته‌ی این حلقه استفاده کنید. اضافه‌های دو سر مفتول در حلقه را به دسته بپیچید تا حلقه روی دسته محکم قرار بگیرد. حالا یک دسته‌ی حباب‌ساز دارید!
دسته‌ی حباب‌ساز را بردارید و سر آن را داخل محلولی که آماده کرده‌اید و داخل ظرف نگهداری کرده‌اید فرو کنید و برای چند لحظه آن را داخل محلول نگه دارید. سپس حلقه را از داخل محلول خارج کنید و به آن فوت کنید. حباب‌هایی که از حلقه خارج می‌شوند چه شکلی هستند؟ حباب‌ها برای چه مدت باقی می‌مانند؟ آیا ترکاندن آنها سخت‌تر از ترکاندن حباب‌هایی است که قبلاً می‌ساختید؟
آزمایش تکمیلی:
حباب‌هایی که می‌سازید چقدر بزرگ هستند؟ یک دسته‌ی حباب‌ساز با حلقه‌ی خیلی بزرگ بسازید و امتحان کنید که آیا می-توانید با آن حباب‌های بسیار بزرگ بسازید. دسته را به این ترتیب بسازید: با استفاده از نخ‌پنبه دو نوار بافته شده‌ی نخی به طول-های 18 و 36 اینچ بسازید. یک انتهای نوار بلندتر را به سر یک میله بچسبانید و انتهای دیگر این نوار بلند را نیز به سر یک میله‌ی دیگر بچسبانید. حالا نوار کوتاه‌تر را بردارید و به همین شکل این نوار را نیز به دو میله‌ی چوبی متصل کنید. حالا یک حلقه دارید که قسمت بالای آن نوار کوتاه‌تر قرار دارد و قسمت پایین آن نوار بلندتر. حلقه را داخل محلول فرو کنید و اجازه دهید تا نخ‌ها به خوبی خیس بخورند. حلقه را بیرون بیاورید و آن را به آرامی در هوا تکان دهید تا حباب‌های بسیار بزرگی بسازید! چقدر طول می‌کشد تا این حباب‌های بزرگ بترکند؟
مشاهده و نتیجه‌گیری:
اضافه کردن گلیسیرین و شکر به محلول باعث می‌شود عمر حباب‌های حاصل طولانی‌تر شود. زمانی که حباب تشکیل می‌شود، آب داخل آن به سرعت شروع به تبخیر می‌کند و درنتیجه حباب بسیار نازک می‌شود و می‌ترکد. اضافه کردن گلیسیرین و شکر فرآیند تبخیر آب را کند می‌کند و باعث می‌شود حباب دیرتر بترکد.
آیا به این نکته دقت کرده‌اید که از هر حلقه‌ای با هر شکل هندسی برای ساختن حباب استفاده کنید، در انتها حباب‌های تشکیل شده همگی به شکل کروی هستند؟ شکل هندسی کروی به مولکول‌های سازنده‌ی حباب اجازه می‌دهد با مصرف کمترین میزان انرژی، کوچک‌ترین سطح ممکن را اشغال کنند که این حالت پایدارترین شکل هندسی برای آنها می‌باشد.
تمیز کردن:
بعد از اتمام این فعالیت، باقی‌مانده‌ی محلول داخل ظرف را در سینک ظرفشویی بریزید.