Laboratorium: Sposób na zaparowane okulary

Doświadczenie 1

Na gazecie połóż szybę. Wielokrotnie spryskuj szkło wodą za pomocą spryskiwacza do kwiatów i próbuj odczytać gazetę. Na koniec połóż drugą szybę na powierzchni tej pierwszej i też popatrz na gazetę.

Wyjaśnienie: Doświadczenie jest modelem zaparowanej szyby. Krople naniesione spryskiwaczem zniekształcają obraz. Im jest ich więcej, tym trudniej odczytać napisy. Lecz z kolejnymi opryskami krople zaczynają się ze sobą łączyć, tworząc kałuże, przez które wyraźniej ujrzymy stronę gazety. Jeśli złożyć dwie szyby razem, woda utworzy jednolitą i przezroczystą warstwę, przez którą bez problemu da się odczytać tekst.

Doświadczenie 2

Do jednego pojemnika na mocz (A) wsyp łyżeczkę cukru pudru i rozmieszaj ją z 1 lub 2 łyżeczkami wrzątku do całkowitego rozpuszczenia. Do drugiego pojemnika (B) wsyp łyżeczkę żelatyny, wlej kilka łyżek zimnej wody i odczekaj 15 min, aż żelatyna spęcznieje. Uzupełnij oba pojemniki wrzątkiem do objętości 30 ml i rozmieszaj zawartość do całkowitego rozpuszczenia. Wystudź płyny. Wyciśnij na talerzyk (C) porcję środka antybakteryjnego/ alkoholu w żelu zawierającego kwas poliakrylowy. Za pomocą osobnych pędzelków (lub jednego, ale wymytego przy zmianie płynu) namaluj na lusterku osobne kleksy płynem z A, B, C. Pozostaw na kilkanaście godzin do całkowitego wyschnięcia. Włóż lusterko do zamrażarki na 20 min. Po wyjęciu obserwuj, co się dzieje na jego powierzchni.

Wyjaśnienie: Cukier łatwo rozpuszcza się w wodzie dzięki interakcjom, w jakie z nią wchodzi, co zawdzięcza licznym grupom -OH. Żelatyna łatwo pęcznieje w wodzie dzięki resztom aminokwasowym, zawierającym grupy -NH₂ i -COOH (głównie argininy i kwasu glutaminowego). Stosowany w kosmetykach i żelach kwas poliakrylowy wiąże wodę, bo jego długie cząsteczki usiane są licznymi grupami -COOH.

Po wyschnięciu wszystkie kleksy tworzą na powierzchni lusterka cienkie i niemal niewidoczne warstewki. Gdy lusterko trafia do zamrażarki, to tam schłodzone powietrze nie jest w stanie utrzymać zawartej w nim pary wodnej (osiąga tzw. punkt rosy), która skrapla się na powierzchni cieplejszego przedmiotu – jego powierzchnia zaparowuje. Miejsca posmarowane płynami pozostają przezroczyste znacznie dłużej, a C w widoczny sposób przyjmuje postać żelu. Związki te, wchodząc w interakcję z wodą, chłoną ją, a jednocześnie utrudniają jej skraplanie się na swojej powierzchni, powodując powstawanie cienkich jej warstewek.

Doświadczenie 3

Kroplę mydła w płynie lub koncentratu płynu do mycia naczyń nanieś na powierzchnię lusterka lub czystego słoika po dżemie i wetrzyj ją do sucha chusteczką higieniczną na niewielkiej powierzchni. Chuchnij na lusterko/słoik tak, aby zaparowały. Włóż do zamrażarki na 20 min. Po wyjęciu obserwuj, co się dzieje.

Wyjaśnienie: Detergenty (zawarte płynach do mycia, szamponach, mydle w płynie) obniżają napięcie powierzchniowe – utrudniają tym samym tworzenie się kropli, sprawiając, że woda rozpłaszcza się w postaci cienkich warstewek. Posmarowana detergentem powierzchnia nie zaparowuje tak łatwo jak reszta lusterka – chuchnięcie tu nie wystarcza. Po wyjęciu z zamrażarki obszar pokryty detergentem zaparowuje dopiero po dłuższej chwili.

Doświadczenie 4

Na lusterko nanieś kroplę oliwy i lekko rozsmaruj pędzelkiem. Włóż do zamrażarki na 20 min. Po wyjęciu obserwuj, co się dzieje.

Wyjaśnienie: Olej i woda się nie mieszają – kropelki wody nie osiadają wydajnie w miejscach posmarowanych tłuszczem. Jednak spadek temperatury może spowodować krzepnięcie i zmętnienie oleju.

Doświadczenie 5

Przejedź opuszką palca po czole i napisz nim na lusterku litery. Nastaw czajnik i gdy woda zacznie wrzeć, ustaw lusterko nad oparami wrzątku, by ujawnić litery. Czy można pisać palcem ukryte wiadomości, jeśli zostanie on wymyty w detergencie i dokładnie osuszony?

Wyjaśnienie: Ludzki pot przypomina składem rozcieńczony mocz – zawiera kwasy organiczne, mocznik i sól. Wszystkie mogą utrudniać skraplanie się wody na powierzchniach, powodując powstawanie jej cienkich warstewek. Dodatkowo oleista wydzielina gruczołów łojowych (sebum) może tworzyć obszary, które zachowują się jak posmarowane tłuszczem – krople będą osiadały mniej chętnie i bardziej nierównomiernie niż na czystym szkle – zaburzenie będzie wystarczające, by dostrzec litery. Dokładne wymycie i wysuszenie palca usunie te substancje i sprawi, że bardzo trudno będzie nim napisać cokolwiek na lustrze.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

chusteczki higieniczne, dwie szklane płyty (np. podstawki pod znicze), pojemniki na mocz, cukier puder, olej rzepakowy, żelatyna, słoik po dżemie, pędzelek, mydło w płynie, spryskiwacz

Niewliczone w cenę: czajnik, zamrażarka, łyżeczka, lusterko, talerzyk

Czas przygotowania: 3 godz.

Koszt: 65 zł

***

Wiedza w pigułce

Drzwi uchyliły się z lekkim zgrzytem, ukazując zdewastowane wnętrze. Nieznajomy bacznie rozejrzał się po zdemolowanym mieszkaniu jakby w poszukiwaniu czegoś, po czym bez słowa ruszył do łazienki. Gdy odkręcił kurki z gorącą wodą, ciasne wnętrze wypełnił duszny obłok ciężkiej mgły. Na zaparowanym lustrze zamajaczył niewyraźny napis…

Scena jak ze znajomego kryminału ujawnia ciekawe zjawisko znane i z naszych łazienek – gdy ciepłe i wilgotne powietrze styka się z zimniejszymi materiałami, np. powierzchnią szafek czy luster, para wodna się na nich skrapla. Źródłem ciepłego, wilgotnego powietrza może być także nasze mieszkanie, dlatego w taki sam sposób zaparowują okulary po powrocie do domu z mroźnego spaceru. Jesienią i zimą uciążliwe staje się także użytkowanie maseczek – wydychane powietrze „owiewa” okulary, sprzyjając ich zaparowywaniu. Choć szkła wydają się wtedy pokryte jednolitą „mgiełką”, to w rzeczywistości usiane są licznymi drobnymi kropelkami. Każda kropelka działa jak soczewka – zmienia kierunek przechodzących przez nią promieni świetlnych, a cała ich grupa rozprasza światło w tak różnych kierunkach i tak skutecznie, że obraz za szybą zostaje zupełnie zamazany. To poważny problem nie tylko zirytowanych użytkowników maseczek, ale i kierowców. Dlatego poszukiwano mechanizmów przeciwdziałających zaparowywaniu szyb. Jednym ze sposobów jest zmuszenie kropel, by maksymalnie się rozpłaszczyły i przylgnęły do powierzchni w postaci jednolitej warstewki, tzw. filmu. Takie materiały, zwane superhydrofilowymi (superlubiącymi wodę), zidentyfikowano pod koniec lat 90. ub.w. Jeśli na duży kryształ soli kuchennej upuścić kroplę wody (testowano też nasycony roztwór soli, by rozwiązać problem potencjalnego rozpuszczania się kryształu w kontakcie z wodą), to rozpłynie się ona po jego powierzchni, tworząc zupełnie płaską plamę. Trudno jednak pokrywać solą przedmioty codziennego użytku, dlatego przez ostatnich 10 lat prowadzono intensywne badania, które pozwoliły ustalić, że można nanosić na przedmioty cienkie warstwy polimerów związków organicznych bogatych w grupy chętnie wchodzące w interakcje z wodą, jak -OH i -COOH. Dobrze sprawdza się w tej roli glikol polietylenowy. Niestety powłoki takie są podatne na uszkodzenia mechaniczne oraz zanieczyszczenia – nie tylko kurz, ale także obecne w powietrzu lotne związki organiczne, które osiadają na takiej powłoce, niekorzystnie modyfikując jej własności. Co nie zmienia faktu, że szyby, lustra łazienkowe i inne materiały powleczone superhydrofilowymi powłokami oraz preparaty do samodzielnego nanoszenia takich powłok są już komercyjnie dostępne. Wiele takich powłok można zrobić także w domu.