مفاهیم کلیدی: علم مواد، علم غذا، شیمی، جذب آب
مشاهده علمی ۱۷۵
مقدمه:
آیا تا به حال یک وسیله‌ی الکترونیکی را به طور اتفاقی خیس کرده‌اید که در نتیجه‌ی آن وسیله از کار بیفتد؟ اگر قبل از آسیب رسیدن به قطعات داخلی دستگاه بتوان به طریقی رطوبت آن را خشک کرد بسیار عالی است. موادی وجود دارند که می‌توانند رطوبت را از محیط اطراف خود جذب کنند. ممکن است هنگام خرید کفش یا یک وسیله‌ی الکترونیکی با بسته‌ای کوچک در داخل آنها مواجه شده باشید که روی این بسته‌ها عبارت: «ژل سیلیکا، غیر قابل خوردن» نوشته شده است. این بسته‌ی کوچک از آسیب رسیدن به کالا توسط رطوبت جلوگیری می‌کند.
در این فعالیت علمی شما با استفاده از یک خیار بررسی خواهید کرد که مواد مختلف در جذب رطوبت از محیط خود چگونه عمل می‌کنند. ممکن است از مشاهده‌ی تغییرات ایجاد شده در خیار در مجاورت با نمک، شکر یا بیکینگ پودر تعجب کنید. همچنین خواهید آموخت در صورت خیس شدن یک وسیله‌ی الکترونیکی چگونه از خراب شدن آن جلوگیری کنید.
پیش‌زمینه:
برخی مواد می‌توانند رطوبت آب را از محیط اطراف خود جذب کنند، این مواد جاذب نام دارند. مولکول‌های آبی که توسط این مواد جذب می‌شوند می‌توانند در خلل و فرج ماده قرار بگیرند و پیوندی ضعیف با مولکول‌های ماده برقرار کنند یا می‌توانند به آب تبلور تبدیل شوند که آب داخل یک ساختار بلوری مانند نمک است. برخی مواد آنقدر آب به خود جذب می‌کنند که خود در محلول حل می‌شوند. این مواد آب‌شونده نام دارند.
فایده‌ی این مواد چیست؟ مواد جاذب به وفور در اطراف ما یافت می‌شوند. برخی از معمول‌ترین آنها شامل چوب، آجر و پشم هستند. از آنجا که مواد جاذب به خوبی آب را جذب می‌کنند، از این مواد به عنوان عوامل خشک‌کننده یا جاذب استفاده می‌شود، مانند بسته‌های کوچک ژل سیلیکا که برای خشک نگه داشتن محصولات بسیار کارآمد است. برای تعیین میزان جذب این مواد دانشمندان مقدار آب جذب شده توسط آنها را بسته به میزان رطوبت محیط اندازه می‌گیرند. شما نیز می‌توانید چند مورد از این مواد را در خانه مورد آزمایش قرار دهید. اکنون زمان شروع فعالیت و بررسی نحوه‌ی جذب رطوبت توسط مواد مختلف فرا رسیده است.
مواد و وسایل مورد نیاز:
خیار
شکر
بیکینگ پودر
نمک
ترازوی آشپزخانه (اختیاری)
چاقو (هنگام استفاده از آن باید یک بزرگتر همراهتان باشد.)
چهار عدد بشقاب کوچک
قاشق چای‌خوری
ساعت
یک میز کار با سطح صاف به اندازه‌ای که بتوانید تمام وسایلتان را روی آن قرار دهید.
آماده‌سازی:
خیار با پوست را بردارید و با کمک یک بزرگتر چهار حلقه با ضخامت برابر از آن با چاقو ببرید. ضخامت این برش‌ها باید حدود نیم سانتیمتر باشد. ظاهر برشهای خیار چگونه است؟ آیا رطوبت آنها زیاد است؟ با لمس آنها چه حسی به شما دست می‌دهد؟ برش‌ها نرم هستند یا سفت؟ با بلند کردن برشهای خیار سختی آنها همچنان باقی می‌ماند؟
اگر به ترازوی آشپزخانه دسترسی دارید، وزن هر برش خیار را اندازه بگیرید و آن را یادداشت کنید.
هر کدام از برشهای خیار را در بشقابی جداگانه قرار دهید تا مراحل بعدی را روی آنها انجام دهید.
روش کار:
یک قاشق چای‌خوری نمک بردارید. آن را لمس کنید، نمک چه میزان خشک است؟ این نمک را با دقت روی برش اول خیار بریزید. دقت داشته باشید که نمک از روی خیار پایین نریزد و ترجیحاً در مرکز برش خیار باشد. به نظرتان چه اتفاقی برای خیار و نمک رخ می‌دهد؟
یک قاشق چای‌خوری شکر بردارید و آن را با انگشتانتان لمس کنید. مشخصات فیزیکی آن چگونه است؟ حال این مقدار شکر را روی برش دوم خیار بریزید. به نظرتان با گذشت زمان چه تغییری در شکر یا خیار رخ خواهد داد؟
یک قاشق چای‌خوری بیکینگ پودر بردارید. آن را لمس کنید، چه مشخصاتی دارد؟ بیکینگ پودر را روی برش سوم خیار بریزید. به نظرتان در این حالت چه اتفاقی رخ خواهد داد؟
برش چهارم خیار نمونه‌ی کنترلی شماست، به این معنا که هیچ ماده‌ای روی آن ریخته نمی‌شود و برای مقایسه‌ی نتایج استفاده خواهد شد. آن را به همان صورت در بشقاب باقی بگذارید.
هر چهار برش خیار را به مدت سی دقیقه بررسی کنید. دقت کنید که چه اتفاقی برای مواد قرار گرفته روی برشهای خیار رخ می‌دهد. همچنین می‌توانید هر از گاهی با استفاده از یک قاشق چای‌خوری مواد روی خیارها را به پایین فشار دهید. (دقت داشته باشید که پس از فشار دادن ماده‌ی روی هر برش خیار، قاشق را قبل از به کار بردن برای برش بعدی تمیز کنید.) آیا تغییری در مواد مشاهده می‌کنید؟ با گذشت زمان چه اتفاقی برای آنها می‌افتد؟
در طول این سی دقیقه نمک، شکر و بیکینگ پودر را هر پنج دقیقه یک بار با انگشتانتان لمس کنید. (بعد از لمس هر ماده و قبل از لمس ماده‌ی بعدی دست خود را تمیز کنید.) مواد با گذشت زمان چه تغییری می‌کنند؟
اگر مواد روی برشهای خیار خیس شده‌اند، آنها را با قاشقی تمیز بردارید و به همان مقدار نمک، شکر یا بیکینگ پودر خشک تازه روی برشهای خیار مربوط بریزید. تعداد دفعات تعویض ماده‌ی روی هر برش خیار را یادداشت کنید. کدام یک از این سه ماده زودتر خیس می‌شوند؟ به نظرتان چند مرتبه لازم است نمک، شکر و بیکینگ پودر روی برشهای خیار را عوض کنید؟
پس از گذشت سی دقیقه مواد روی برشهای خیار را به طور کامل بردارید و دقت کنید که روی هر برش خیار چه ماده‌ای قرار داشته است. با انگشت تمام مواد باقی‌مانده روی برشهای خیار را بردارید. با لمس برشهای خیار چه احساسی دارید؟ آیا خیارها دچار تغییر شده‌اند؟
پس از تمیز کردن تمام برشهای خیار، در صورتی که به ترازوی آشپزخانه دسترسی دارید هر برش را وزن کنید تا متوجه تفاوت آن با قبل شوید. وزن برشهای خیار پس از گذشت سی دقیقه دچار افزایش شده است یا کاهش؟ برش خیار مربوط به کدام ماده دچار تغییر بیشتری شده است؟ دلیل آن چیست؟
در انتها برشهای خیار را از وسط نصف کنید و بافت و ضخامت هر کدام را با نمونه‌ی کنترلی خود مقایسه کنید. آیا بافت و ظاهر خیارها تغییری کرده است؟ ضخامت برشهای خیار دچار تغییر شده است؟ کدام ماده تأثیر بیشتری بر برشهای خیار داشته است؟ این مشاهدات چه چیزی را در مورد توانایی جذب رطوبت مواد مختلف بیان می‌کند؟
آزمایش‌های تکمیلی:
شما در این فعالیت علمی نمک، شکر و بیکینگ پودر را مورد بررسی قرار دادید. می‌توانید مواد دیگری که قابلیت جذب دارند را نیز به همین روش آزمایش کنید.
در طول انجام این فعالیت برخی از برشهای خیار رطوبت زیادی را از دست می‌دهند. به نظرتان راهی برای برگرداندن رطوبت به آنها وجود دارد؟ پس از اتمام آزمایش هر برش خیار را از شب داخل یک لیوان آب قرار دهید. آیا تغییری در این خیارها در صبح روز بعد مشاهده می‌کنید؟
مشاهده و نتیجه‌گیری:
آیا برشهای خیار کوچک می‌شوند؟ خیار کنترلی در طول سی دقیقه ترد و مرطوب باقی می‌ماند زیرا ۹۶ در صد خیار را آب تشکیل داده است. در مورد برش‌هایی که روی آنها نمک، شکر و بیکینگ پودر قرار دارند، با گذشت زمان از رطوبت خیارها کاسته و به رطوبت مواد روی آنها افزوده می‌شود. احتمالاً تعداد دفعات تعویض نمک در طول سی دقیقه از همه بیشتر بوده است. پس از گذشت این زمان برشهای خیار مورد آزمایش در مقایسه با برش کنترلی ضخامت و وزن کمتری دارند. حتی ممکن است برخی از آنها در ظاهر نیز کوچکتر به نظر برسند.
چند دلیل برای کوچک شدن برشهای خیار وجود دارد. یک دلیل خاصیت جذب‌کنندگی موادی است که استفاده کرده‌اید. نمک توانایی بسیار بالایی در جذب رطوبت از محیط خود دارد. در رطوبت‌های نسبی بالای ۷۵% نمک حتی می‌تواند در آبی که جذب می‌کند حل شود. شکر نیز خاصیت جذب‌کنندگی رطوبت دارد و با مولکول‌های آب محیط پیوندی ضعیف ایجاد می‌کند. این خاصیت به هنگام پختن کیک و شیرینی بسیار مفید است.
آیا دقت کرده‌اید که اگر یک کلوچه‌ی ترد برای مدتی در فضای آزاد قرار بگیرد نرم می‌شود؟ دلیل آن است که شکر رطوبت هوا را جذب می‌کند و کلوچه مرطوب می‌شود. اگرچه بیکینگ پودر قابلیت کمتری در جذب رطوبت دارد، همچنان مقداری رطوبت را از برش خیار خارج می‌کند.
علاوه بر قدرت جذب، فرآیند اسمز نیز به خارج شدن رطوبت از خیار کمک می‌کند. آب داخل خیار نمک یا شکر زیادی در خود ندارد، اما آب قسمت بالایی برش خیار دارای غلظت زیادی از نمک یا شکر است. به منظور جبران این عدم تعادل، آب داخل خیار به مناطق دارای غلظت بالای نمک یا شکر نقل مکان می‌کند. به این فرآیند اسمز گفته می‌شود. همین فرآیند باعث تشنگی انسان پس از خوردن غذای شور یا شیرین می‌شود. مقدار زیاد نمک یا شکر داخل غذا آب سلول‌های شما را جذب می‌کند و مغز فرمان می‌دهد که آب بیشتری بنوشید.
حال به سوالی که در ابتدای بحث مطرح کردیم بپردازیم: چگونه می‌توان با جذب رطوبت از خراب شدن وسایل الکترونیکی جلوگیری کرد؟ در صورت خیس شدن وسیله، پس از خاموش کردن و خشک کردن بیرون آن، وسیله را داخل کیسه‌ای دردار قرار دهید و مقداری ماده‌ی جاذب رطوبت قوی در کیسه بریزید. قدرت جذب رطوبت این ماده باعث خشک شدن اجزای داخلی وسیله می‌شود.
تمیز کردن:
می‌توانید از برشهای خیار به عنوان کود استفاده کنید. در غیر این صورت برشهای خیار، نمک، شکر و بیکینگ پودر را داخل سطل زباله بیندازید.
منبع:
Moisture Capture with Desiccants
منابع مفید:
آب تبلور
انحلال مواد یونی
خاصیت اسمز
بسته بندی فعال
اسمز
کریستالوگرافی چیست؟
بلور نمکی
کریستال ها
جذب رطوبت توسط لوبیای خشک
کریستال بسازید
سیلیکا ژل - ویکیپدیا
ماده خشک کن - ویکیپدیا
اسمز - ویکیپدیا
Science Everyday
Food production