مقدمه:

آیا تا به حال برایتان سوال شده است که اجسام شب‌تاب چگونه در تاریکی می‌درخشند؟ بازی با دستبندها و اسباب‌بازی‌های شب‌تاب بسیار هیجان‌انگیز است. جالب است بدانید که می‌توانید در خانه چیزی بسازید که در تاریکی بدرخشد. این کار چندان هم دشوار نیست، تنها به مقداری آب تونیک (یک نوشیدنی گازدار دارای کینین) و یک لامپ سیاه (لامپی که نور فرابنفش از خود ساتع می‌کند) نیاز دارید. برخی از مواد شیمیایی خانگی نیز می‌توانند روی درخشندگی این نوشیدنی تأثیر بگذارند. در این فعالیت علمی شما با استفاده از لامپ سیاه کاری می‌کنید که آب تونیک بدرخشد. سپس کمی مایع سفید کننده به آب اضافه خواهید کرد. اضافه کردن سفید کننده چه تأثیری بر درخشندگی آب تونیک دارد؟ فعالیت علمی زیر را انجام دهید تا پاسخ این سوال را بیابید.

پیش‌زمینه:
آب تونیک یک نوشیدنی گازدار است که داخل آن ماده‌ای شیمیایی تحت عنوان کینین حل شده است. کینین از پوسته‌ی یک درخت به دست می‌آید و قرن‌هاست که برای درمان مالاریا استفاده می‌شود. کینین علاوه بر اینکه طعمی تلخ در آب تونیک ایجاد می‌کند (که امروزه با اضافه کردن شیرین‌کننده‌ها به آب تونیک از بین می‌رود)، در شرایط مناسب خاصیت فلورسنس نیز از خود نشان می‌دهد.
کینین داخل آب تونیک تحت تابش فرابنفش لامپ سیاه سبب درخشان شدن آب و ایجاد رنگ آبی در آن می‌شود. (با وجود اینکه مقدار بسیار ناچیزی کینین داخل آب حل شده است.) به طور کلی خاصیت فلورسنس یک جسم به دلیل جذب انرژی نور و برانگیختگی جسم و سپس انتشار نور و برگشت به حالت عادی و غیر برانگیخته به وجود می‌آید. دلیل جذابیت اجسامی که خاصیت فلورسنس دارند (مانند برخی مواد معدنی، ماهی‌ها و آب تونیک) این است که ما قادر به مشاهده‌ی نوری که این اجسام جذب می‌کنند نیستیم، اما نور مرئی ساتع شده از آنها را می‌بینیم. (مثلاً نور آبی در مورد کینین موجود در آب تونیک)

مواد و وسایل مورد نیاز:

آب تونیک
یک لیوان یک بار مصرف پلاستیکی شفاف
فنجان برای اندازه‌گیری (اختیاری)
قطره‌چکان
مایع سفید کننده
یک لامپ سیاه فرابنفش
یک اتاق تاریک

آماده‌سازی:

در هنگام استفاده از مایع سفید کننده تمام اقدامات احتیاطی ذکر شده روی بسته‌بندی آن را به دقت رعایت کنید. برای کار با مایع سفید کننده باید یک بزرگتر همراهتان باشد. مایع سفید کننده و آب تونیک مخلوط شده با سفید کننده را به هیچ وجه ننوشید. همچنین مراقب باشید که این مایع با پوست‌تان تماس پیدا نکند.

به طور مستقیم به لامپ سیاه نگاه نکنید و از تابیدن نور آن به پوست خود نیز جلوگیری کنید. زیرا نور فرابنفش ساتع شده از آن می‌تواند به چشم و پوست شما آسیب برساند.

روش کار:

حدود یک فنجان آب تونیک داخل یک لیوان پلاستیکی یک بار مصرف شفاف بریزید.

در یک اتاق تاریک لامپ سیاه را روشن کنید و نور آن را به لیوان بتابانید. با تابیدن نور لامپ سیاه به لیوان چه اتفاقی برای آب تونیک داخل آن رخ می‌دهد؟

در حالی که لامپ سیاه به لیوان حاوی آب تونیک نور می‌تاباند، با قطره‌چکان به دقت دو قطره مایع سفید کننده به آب تونیک اضافه کنید. حال محتویات داخل لیوان را هم بزنید تا آب تونیک و سفید کننده با هم به خوبی مخلوط شوند. با اضافه کردن مایع سفید کننده به آب تونیک چه اتفاقی می‌افتد؟ پس از مخلوط شدن سفید کننده با آب تونیک چه چیزی مشاهده می‌کنید؟

اگر در این مرحله تغییری در آب تونیک مشاهده نمی‌کنید، چند قطره‌ی دیگر مایع سفید کننده به لیوان اضافه کنید و محتویات آن را هم بزنید. حال چه چیزی مشاهده می‌کنید؟

اگر آب تونیک بیشتری در اختیار دارید، می‌توانید میزان درخشندگی آب تونیک خالص را با میزان درخشندگی آب تونیک مخلوط با سفید کننده مقایسه کنید. آیا تفاوت میان آنها چشمگیر است؟ به طور کلی اضافه کردن سفید کننده به آب تونیک چه تغییری در نحوه‌ی درخشش آن تحت تابش فرابنفش لامپ سیاه ایجاد می‌کند؟

آزمایش‌های تکمیلی:

اگر آب تونیک را با مقداری آب معمولی رقیق کنید، درخشندگی آن کمتر می‌شود. کمترین میزان تونیک لازم (زمانی که آن را با آب معمولی رقیق می‌کنید) برای دیدن درخشش فلورسنس تحت تابش نور فرابنفش لامپ سیاه چقدر است؟
سفید کننده یک ماده‌ی شیمیایی اکسید کننده است. برخی از عوامل اکسید کننده‌ی خانگی دیگر هیدروژن‌پراکسید و OxiClean (که دارای سدیم پرکربنات است) هستند. با اضافه کردن عوامل اکسید کننده‌ی دیگر به آب تونیک، تأثیری که روی درخشندگی آن در نور فرابنفش لامپ سیاه گذاشته می‌شود با تأثیر اضافه کردن سفید کننده یکسان است؟
می‌توانید با استفاده از آب تونیک به جای آب معمولی ژله درست کنید. آیا ژله‌ی درست شده با آب تونیک زیر نور فرابنفش لامپ سیاه می‌درخشد؟ (نکته: سعی کنید ژله را با آب گرم و نه در حال جوش درست کنید.)

مشاهده و نتیجه‌گیری:
با اضافه کردن چند قطره مایع سفید کننده به آب تونیک، آیا درخشش آن زیر نور فرابنفش لامپ سیاه متوقف می‌شود؟
در این فعالیت علمی باید به وضوح مشاهده کرده باشید که آب تونیک تحت تابش نور فرابنفش لامپ سیاه (قبل از اضافه کردن مایع سفید کننده) نوری درخشان به رنگ آبی از خود ساتع می‌کند. دلیل آن است که نور نامرئی فرابنفش ساتع شده از لامپ سیاه توسط ذرات کینین داخل آب تونیک جذب و سبب برانگیختگی کینین می‌شود. با برانگیخته شدن کینین نور مرئی آبی رنگی از آن منتشر می‌شود که برای ما قابل مشاهده است. با این وجود پس از اضافه کردن چند قطره مایع سفید کننده به آب تونیک، مخلوط درخشندگی خود را از دست می‌دهد، چرا؟ مایع سفید کننده یک عامل اکسید کننده است و می‌تواند پیوندهای خاصی (به خصوص پیوند دوگانه‌ی کربن-کربن) را بشکند. کینین توسط این پیوندهای دوگانه نور فرابنفش را جذب می‌کند. در نتیجه با افزودن مایع سفید کننده به آب تونیک، کینین توانایی خود برای جذب نور فرابنفش را از دست می‌دهد و بدین ترتیب درخشندگی آن متوقف می‌شود.

تمیز کردن:
می‌توانید محلول بسیار رقیق شده‌ی سفید کننده را داخل سینک ظرفشویی بریزید. هر چیزی که در تماس با مایع سفید کننده بوده است را به خوبی بشویید و دستان خود را کامل تمیز کنید.

منبع:

Explore Glow-in-the-Dark Water!

منابع مفيد:

 
Lightsticks and Luminescence

Luminescence

آب تونيک

جسم شب تاب

فلورسنت

لامپ سياه

فرابنفش

نور: موجي يا ذره‌اي؟

فلورسنس- ويکيپديا