مفاهیم کلیدی: جذب، کاغذ، آب، مولکول
مشاهده علمی ۱۸۷
مقدمه:
همه می‌دانیم که شستن دست‌ها به تعداد دفعات فراوان در طول روز از ابتلا به سرماخوردگی و آنفولانزا جلوگیری می‌کند. بنابراین چندین بار در روز دستان خود را می‌شوییم و سپس با دستمال کاغذی آنها را خشک می‌کنیم. برای خشک شدن کامل دست‌ها گاهی لازم است چند دستمال کاغذی مصرف کنیم.
اما به نظرتان آیا روشی برای صرفه جویی در مصرف دستمال کاغذی در هنگام خشک کردن دست‌ها وجود دارد؟ فعالیت زیر را انجام دهید تا پاسخ این سوال را بیابید.
پیش‌زمینه:
برای درک نحوه‌ی جذب آب توسط دستمال کاغذی لازم است کمی در مورد چگونگی ساخت آنها بدانیم.
دستمال کاغذی از مواد گیاهی ساخته می‌شود. اگر با یک میکروسکوپ به تکه‌ای پاره شده از دستمال کاغذی نگاه کنید (یا عکس‌هایی از آن را در اینترنت ببینید) شبکه‌ای از الیاف گیاهی بسیار کوچک خواهید دید. با بزرگنمایی بیشتر متوجه خواهید شد که این الیاف از جنس زنجیرهای طولانی مولکول‌های قند متصل به هم به نام سلولز هستند. آب جذب سلولز می‌شود و توسط دستمال سلولزی کشیده می‌شود.
آیا در میکروسکوپ فضای خالی میان الیاف را هم دیدید؟ این فضاهای خالی بر جذب آب توسط دستمال تأثیر می‌گذارند: ذرات آب دوست دارند به هم بچسبند و به دنبال آبی که جذب سلولز شده است این فضاها را پر کنند. هر چه این فضاهای خالی بیشتر باشد، ظرفیت جذب آب بالاتر خواهد بود. اما اگر فاصله‌ای کوچک میان ورق‌های دستمال کاغذی ایجاد کنید چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا این فضای خالی میان دو صفحه به جذب آب بیشتر کمک می‌کند؟
مواد و وسایل مورد نیاز:
حداقل پنج مارک مختلف دستمال کاغذی (نگران هدر رفتن چند تکه دستمال کاغذی در این فعالیت نباشید، زیرا با نتایجی که از این فعالیت می‌گیرید احتمالاً می‌توانید از این به بعد در مصرف دستمال کاغذی صرفه‌جویی کنید.)
آب
محلی برای آویزان کردن دستمال‌ها به منظور خشک شدن
ترازوی آشپزخانه با دقت یک گرم یا بیشتر
کاغذ و مداد یا خودکار (برای ثبت وزن‌ها)
فضای کاری که ریختن آب در آن مشکلی نداشته باشد.
قیچی برای بریدن دستمال‌ها (اختیاری)
آماده‌سازی:
تمام وسایل مورد نیاز خود را در میز کار جمع کنید.
روش کار:
اگر دستمال کاغذی از قبل تا شده است آن را باز کنید. دستمال را خیس کنید و سپس در جایی آویزان کنید تا آب آن خارج شود.
در هنگامی که آبی از دستمال نمی‌چکد، آن را روی ترازوی آشپزخانه بگذارید. بهتر است به جای تا کردن دستمال آن را به صورت نامنظم روی ترازو قرار دهید. وزن آن را روی یک کاغذ یادداشت کنید.
یک دستمال کاغذی تازه با همان شکل را طوری تا کنید که سه لایه دستمال روی هم قرار بگیرند. (اگر دستمال از قبل تا نشده است) حال این دستمال را یک مرتبه‌ی دیگر تا کنید تا شش لایه دستمال روی هم باشند. آن را خیس کنید و به صورت تا شده آویزان کنید تا آب اضافه از آن خارج شود. به نظرتان میزان آبی که این دستمال نگه می‌دارد در مقایسه با دستمال قبلی کمتر است یا بیشتر؟
پس از آن که دیگر آبی از دستمال خارج نشد، آن را روی ترازوی آشپزخانه بگذارید. تای آن را باز نکنید؛ عدد روی ترازو را بخوانید و آن را یادداشت کنید. وزن آن در مقایسه با دستمال اول چگونه است؟ اگر تفاوتی بین وزن این دو دستمال وجود دارد به نظرتان دلیل آن چیست؟
حال که میزان آب جذب شده توسط دو دستمال تا شده و بدون تا را می‌دانید، به نظرتان دستمال در کدام حالت بهتر می‌تواند دست را خشک کند؟
یک دستمال کاغذی تازه‌ی بدون تا و دستمالی مانند آن اما تا شده (سه لایه روی هم) را در محلی خشک روی میز کارتان قرار دهید.
دستان خود را خیس کنید، آنها را سه مرتبه تکان دهید تا آب اضافی آنها بریزد. سپس دستانتان را با دستمال کاغذی بدون تا خشک کنید. به نظرتان دستان شما کامل خشک شده‌اند یا هنوز مرطوب هستند؟
بار دیگر دستان خود را خیس کنید و آنها را سه مرتبه تکان دهید تا آب اضافی آنها بریزد. سعی کنید این کار را مشابه با دفعه ی قبل انجام دهید. حال دستانتان را با دستمال کاغذی تا شده خشک کنید. به نظرتان این بار دستان شما کامل خشک شده‌اند یا هنوز مرطوب هستند؟ تفاوت رطوبت دستانتان در مقایسه با حالتی که از دستمال بدون تا استفاده کرده بودید چیست؟
اگر دستانتان در هر دو مرتبه کاملاً خشک می‌شوند، دو دستمال کاغذی جدید را نصف کنید و یک بار با نیمی از دستمال بدون تا و بار دیگر با نیمی از دستمال تا شده دستانتان را خشک کنید. اکنون می‌توانید تفاوت بین دو دستمال تا شده و بدون تا را متوجه شوید؟
با توجه به نتایج چگونه می‌توانید دستمال کمتری برای خشک کردن استفاده کنید؟
آزمایش‌های تکمیلی:
اگر دستمال کاغذی‌های مشابه بیشتری دارید، می‌توانید آزمایش‌های خود را ادامه دهید. سعی کنید در تمام دفعات یکسان عمل کنید و به تفاوت نتایج دقت کنید. آیا تفاوت در وزن در دفعات مختلف ثابت است؟ آیا همواره یکی از دستمال‌ها (تا شده یا بدون تا) وزن بیشتری دارد؟ آیا در تمام دفعات آزمایش دستانتان در یک حالت خشک‌تر است؟
دانشمندان به منظور اطمینان از صحت نتایج، آزمایش‌ها را چند مرتبه تکرار می‌کنند. آنها همچنین علاقه دارند آزمایش‌های خود را با ابزار مختلف و توسط اپراتورهای دیگر نیز انجام دهند. اگر نتایج به دست آمده از این آزمایش‌های مختلف یکسان باشد، آزمایش تکرار شدنی نام خواهد گرفت. این گونه آزمایش‌ها که توسط افراد دیگر نیز قابل انجام است ارزش علمی بیشتری دارد. آیا می‌توانید از کسی کمک بگیرید تا آزمایش‌های خود را تکرار پذیر کنید؟
اگر انواع مختلفی از دستمال کاغذی در اختیار دارید، آزمایش‌های خود را با آنها تکرار کنید. نتایج به دست آمده از این آزمایش ها با نتایج قبلی چگونه مقایسه می‌شود؟
محصولات دیگری از جمله دستمال توالت و دستمال آشپزخانه را مورد بررسی کنید. کدام نوع از این‌ها جذب رطوبت بیشتری دارد؟ آیا می‌توانید دلیل آن را توضیح دهید؟
مشاهده و نتیجه‌گیری:
آیا وزن دستمال تا شده‌ی خیس بیشتر است و دستانتان پس از استفاده از آنها خشکی بیشتری را حس می‌کند؟ این نتیجه منطقی است، زیرا فضای خالی میان لایه‌های دستمال کاغذی ظرفیت جذب آب را بالا می‌برند.
دستمال کاغذی از جنس سلولز است که مولکول‌های آب علاقه دارند به آن بچسبند. در نتیجه، دستمال کاغذی به سرعت آب را جذب می‌کند. قدرت جذب دستمال کاغذی‌ها به دلیل فضای خالی میان الیاف سلولز (حباب‌های هوای کوچک) بالاتر نیز می‌رود. مولکول‌های آب که تمایل دارند به هم متصل بمانند در حین جذب شدن توسط سلولز همدیگر را دنبال می‌کنند و این فضاهای خالی را پر می‌کنند. تا کردن دستمال کاغذی باعث می‌شود فضای بیشتری برای آب فراهم شود و به همین دلیل استفاده از دستمال تا شده به منظور خشک کردن دستانتان نتیجه‌ی بهتری داده است.
بار بعدی که می‌خواهید از دستمال کاغذی استفاده کنید به خاطر داشته باشید که تا کردن آن بهتر است و با این کار می‌توانید در مصرف دستمال کاغذی صرفه جویی کنید.
تمیز کردن:
دستمال‌های خیس را خشک کنید تا در صورت امکان از آنها مجدداً استفاده کنید.
منبع:
Scientific American
منابع مفید:
کروماتوگرافی
کشش سطحی
کاغذ را خودتان بسازید
کروماتوگرافی کاغذی
مواد دسیکانت
جذب رطوبت توسط لوبیای سبز
سلولز - ویکی پدیا
Moment of Science
paper Towel - WIKI