57. Miért úszik a borotvapenge a vízen?

Folyadékok felületi feszültségének vizsgálata.

Anyagok: víz, aceton (körömlakklemosó), benzin, őrölt bors (helyette hintőpor is lehet), folyékony mosogatószer, papír.

Eszközök: 3 db borotvapenge, 3 db kristályosító csésze (mélyebb üvegtál is jó), 2 db fogvájó, fültisztító pálcika, üvegkád (lehet nagyobb műanyagtál is), olló.

A kísérlet végrehajtása: a) Állítsuk sorba a 3 kristályosító csészét, az elsőbe töltsünk kb. 5 cm magasságig vizet, a másodikba acetont, a harmadikba benzint. Mindhárom folyadék felületére óvatosan helyezzünk el egy-egy borotvapengét. Jegyezzük fel, mit tapasztalunk. b) Egy kristályosító tálba (vagy mélytányérba) öntsünk vizet. Szórjuk be a felületét őrölt borssal (vagy hintőporral). A fültisztító pálcika végét mártsuk folyékony mosogatószerbe, és ezzel érintsük meg a borsréteg közepét. Mit tapasztalunk? c) Egy kristályosító tálba (vagy mélytányérba) öntsünk vizet. Helyezzünk el a víz felszínén 2 fogvájót egymással párhuzamosan, kb. 3 cm távolságban. Mártsuk a fültisztítót folyékony mosogatószerbe, és finoman érintsük meg a vizet a két fogvájó között. Mit látunk? d) Vágjunk ki papírból egy csónakformát, amelynek a hátsó felén bevágás van. Üvegkádba töltsünk vizet (nagyobb műanyagtál is lehet), egyik végén tegyük vízre a csónak formájú papírdarabot. Mártsuk folyékony mosogatószerbe a fültisztítót, és érintsük meg vele a víz felszínét a csónak hátsó bevágásában. e) Rajzoljunk különböző vastagságú papírokra virágot, és vágjuk ki azokat. Hajtogassuk be a szirmokat, majd helyezzük víz felszínére a virágokat. Figyeljük meg, mi történik.

Tapasztalat: a) A borotvapenge a víz felszínén fennmarad, az acetonban és a benzinben elsüllyed. b) Mosogatószer hatására az őrölt bors foltja szétszalad az edény széle felé. c) Mosogatószer hatására a két párhuzamos fogvájó eltávolodik egymástól. d) Mosogatószer hatására a csónak elindul és úszik előre. e) A virágok "kinyílnak" a vízen, leggyorsabban a szűrőpapírból készített.

Magyarázat: a) Minél erősebb kölcsönhatás van egy folyadék molekulái között, annál nagyobb a felületi feszültsége. A borotvapenge azért úszik a vízen, mert a víznek nagy a felületi feszültsége, molekulái között erős kölcsönhatás van. Ez a kölcsönhatás kisebb a benzin- és az acetonmolekulák között.9. osztályban ez a magyarázat kiegészíthető a következővel: a dipólus vízmolekulák között dipól-dipól kölcsönhatás érvényesül, továbbá hidrogénkötések is kialakulnak, vagyis jelentősek a másodrendű kötőerők, ezért erős kölcsönhatás működik. Ezzel szemben a benzin és az aceton apoláris molekulái között csak nagyon gyenge (diszperziós) kölcsönhatás van. b), c), d) A mosogatószer lecsökkenti a vízmolekulák közötti kölcsönhatást, így csökken a felületi feszültség is. A szerves kémiában szó esik a mosogatószerek amfipatikus molekuláiról is. e) A papírban láthatatlan csövecskék vannak, ide behatol a víz, és a szirmok kimerevednek, "kinyílnak", majd lehajlanak. Megjegyzések: Javasoljuk a kísérlet összehangolását a fizika tananyagával, illetve tanmenetével.

Biztonsági tudnivalók és hulladékkezelés: A benzin és az aceton tűzveszélyes folyadék, ne legyen égő láng a közelben. A maradék szerves folyadékokat tilos a lefolyóba önteni, a "Halogénmentes szerves hulladék" feliratú gyűjtőben kell összegyűjteni.