To się nie klei

Doświadczenie 1

Łyżeczkę żelatyny oraz (w osobnym pojemniku na mocz) skrobi rozpuść w 50 ml gorącej wody. Gdy lekko przestygną, użyj płynów do sklejenia arkuszy papieru. Czy czysta woda także je skleja?

Wyjaśnienie: Adhezja i kohezja sprawiają, że woda może połączyć dwa arkusze. Te same zjawiska napędzają działanie pozostałych klejów. Lepszymi lepikami będą takie, które zawierają długie cząsteczki – duża cząsteczka kleju to więcej możliwych oddziaływań, szans na związanie się z innymi cząsteczkami lub określonym podłożem. W tej roli dobrze spełniają się białka, np. kolagen zawarty w żelatynie, lub cząsteczki skrobi, a w przypadku kleju do papieru w sztyfcie – poli(octan winylu). Tego typu lepy nanosi się w postaci zawiesiny w rozpuszczalniku – może nim być woda albo związek organiczny, np. aceton, w którym rozpuszcza się poli(octan winylu) czy nierozpuszczalny w wodzie polistyren (robi się z niego styropian). Taki rozpuszczalnik odparowuje szybciej niż woda, a klej szybciej złączy powierzchnie.

Doświadczenie 2

W pojemniku na mocz zmieszaj łyżkę chudego białego sera z łyżeczką wody, w której rozpuszczono kilkanaście granulek udrożniacza do rur, zawierającego NaOH (bez aktywatora!). Ubij mieszaninę na gładką masę, wykorzystując plastikową łyżkę albo tłoczek strzykawki 20 ml. Użyj do sklejenia np. dwóch kawałków drewna. Odczekaj dobę.

Wyjaśnienie: Podczas przygotowywania kleju dochodzi do denaturacji i częściowego rozkładu białek, głównie kazeiny (wydziela się słaby rybny zapach), ale w tych warunkach następuje także sieciowanie (łączenie odrębnych) łańcuchów białkowych – w miarę upływu czasu masa zaczyna twardnieć. W podobny sposób można zrobić klej nie tylko z białek mleka, ale i soi, jajek czy albumin (białek) krwi. Ten ostatni klej ma zastosowanie także w medycynie. Pozwala sklejać uszkodzenia tkanek, np. kości, a że jest biokompatybilny, nie wywołuje reakcji immunologicznej ze strony organizmu pacjenta.

Doświadczenie 3

Na plastikowy talerzyk nanieś trzy krople kleju szybkoschnącego – każda powinna mieć ok. 2 cm średnicy. Osobnymi strzykawkami nanieś na środek każdej z porcji kleju po kropli: A – wody, B – roztworu NaOH (w pojemniku na mocz wymieszaj kilkanaście granulek udrożniacza do rur bez aktywatora i łyżkę wody), C – octu.

Wyjaśnienie: Innym rodzajem kleju będzie mieszanina ulegająca polimeryzacji – jedno- lub dwuskładnikowa. W tej drugiej kategorii popularne są żywice/kleje epoksydowe (kleje dwuskładnikowe, które miesza się tuż przed użyciem) – po połączeniu ich składniki energicznie ze sobą reagują (taka mieszanina staje się gorąca), tworząc długie nici, splatające się ze sobą i klejonymi powierzchniami. Klej uniwersalny szybkoschnący (zawierający estry cyjanoakrylanowe) jest natomiast mieszaniną jednoskładnikową – polimeryzacja rozpoczyna się w kontakcie z powietrzem, a właściwie zawartą w nim wilgocią (!) – odrobina wody wystarczy, aby rozpocząć proces utwardzania (mieszanina także staje się ciepła), co widać znakomicie w przypadku A – kropla wody natychmiast pokrywa się białą skorupą polimeru. Polimeryzację inicjują naładowane ujemnie jony – np. obecne w wodzie OH^–. Bardzo dużo będzie ich w roztworze wodorotlenku sodu – dodawanie kropel zasady pozwoli nawet uformować z kropel przestrzenne konstrukcje (B). Z kolei w roztworze kwasu octowego jonów naładowanych ujemnie będzie niewiele – taki płyn zareaguje z klejem najsłabiej – a mieszanina pozostanie płynna (C).

Doświadczenie 4

W nowym pojemniku na mocz na przezroczystej ściance odbij odcisk swojego palca (jeśli masz suche dłonie, przejedź opuszką po włosach, czole, nosie, zbierając wydzieliny skóry, które ułatwią obserwację). Obejrzyj odcisk – czy jest dobrze widoczny? Dno pojemnika zalej klejem szybkoschnącym i szybko zakręć pojemnik. Zagotuj wodę i wlej ją do niewielkiego garnka. Włóż pojemnik na jakąś minutę, trzymając go, by się nie przewrócił. Wyjmij i odstaw na mniej więcej godzinę. Obejrzyj odcisk – czy jest lepiej widoczny?

Wyjaśnienie: Metoda cyjanoakrylowa jest wykorzystywana w kryminalistyce już od ponad 40 lat do wykrywania odbitek linii papilarnych. Klej szybkoschnący łatwo paruje w podwyższonej temperaturze (jego cząsteczki mogą reagować np. ze składnikami tłuszczu naniesionymi przez palce) i zainicjowana polimeryzacja łapie coraz więcej i więcej jego cząsteczek, prowadząc do uwidocznienia się śladu. Jest to metoda niezwykle wydajna – 6 g kleju wystarcza do napełnienia komory o objętości 1 m³. Zauważ także, że w szczelnie zamkniętym pojemniku klej może nie stężeć, jeśli w uwięzionym powietrzu będzie za mało wody, aby wydajnie zainicjować ten proces. Dlatego możliwe jest przechowywanie takiego kleju w tubce.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

klej szybkoschnący, skrobia, żelatyna spożywcza, chudy biały ser, ocet 10-procentowy, udrożniacz do rur z NaOH, kartki, 4 pojemniki na mocz, plastikowy talerzyk, 3 strzykawki o poj. 2 ml, jedna strzykawka o poj. 20 ml

Niewliczone w cenę: czajnik elektryczny, garnek, kawałki drewna

Czas przygotowania: 2,5 godz. + doba oczekiwania

Koszt: 55 zł

***

Uwaga!

NaOH jest żrący! Używaj rękawiczek i okularów ochronnych! Unikaj kontaktu ze skórą i oczami! Nie wdychaj oparów kleju, a po zakończeniu doświadczeń wywietrz mieszkanie.

***

Wiedza w pigułce

Pomiędzy cząsteczkami związków chemicznych mogą występować interakcje sprawiające, że zachowują się one jak magnesy. Jedne nie będą ze sobą zauważalnie reagować (np. magnes i kawałek folii aluminiowej), inne (zawierające podobne fragmenty w cząsteczkach) będą się przyciągać – garść magnetycznych kulek z łatwością „pozlepia” się ze sobą (kohezja) oraz przyczepi się do stalowej powierzchni (adhezja). Podobnie zachowują się cząsteczki wody czy koloid żelatyny. Zwilżają one powierzchnie i do nich przylegają, sklejając dwa materiały ze sobą. Jednak powierzchnie bardzo gładkie (jak szkło) utrudniają przywarcie kleju – wtedy dobrym sposobem jest przetarcie ich np. papierem ściernym. Niektóre materiały nie mają podobnych grup chemicznych jak cząsteczki kleju i nie dają się łatwo zwilżać – kropla kleju nie rozpłaszcza się na ich powierzchni, lecz zachowuje się bardziej jak kropla rtęci i z niej spływa. Dlatego tak ważne staje się odtłuszczenie łączonych materiałów – woda i tłuszcz nie chcą ze sobą współpracować – lub zastosowanie kleju reagującego z powierzchniową warstwą (rozpuszczającego ją) materiału, co tworzy strefę przejściową.

Klejem może być wszystko, co się lepi. Jest to jeden z najstarszych wynalazków ludzkości, używali go już neandertalczycy, a Ötzi, alpejski „człowiek lodu”, miał ze sobą strzały, których elementy połączono z użyciem smoły drzewnej. Klej pozwalał Mongołom wytwarzać łuki kompozytowe, które zdecydowały o ich bezkonkurencyjności na polu bitwy. Jako lepidła używano żywicy drzew iglastych, wosku czy smoły. Do XIX w. powszechnie stosowano lepiszcza zwierzęce – na bazie żelatyny. Sporządzano też klej z krwi oraz z mleka. Od czasów starożytnych takich materiałów używano również do polowania na ptaki (w większości krajów europejskich zakazano tej praktyki w 1979 r.), owady, gryzonie (lep na myszy), a nawet małpy.

Klej stosują w trakcie polowań także zwierzęta, w tym pazurnice – te maleńkie bezkręgowce wystrzeliwują na swoją ofiarę strumienie bogatej w specjalne białka cieczy, która momentalnie tężeje, unieruchamiając owada. Zapasy kleju u ich przedstawiciela, gatunku Euperipatoides rowelli, stanowią aż 11% jego masy. Z kolei mrówki tkaczki używają produkowanego przez własne larwy jedwabiu jako środka do łączenia liści i budowy gniazd. Chruściki budują w podobny sposób swoje „domki”. Rzekotki i inne nadrzewne płazy przyklejają się do podłoża wydzieliną stóp, dzięki czemu nie odpadają od pionowych powierzchni. Trwale przytwierdzone do skał są morskie wąsonogi – ich klej być może będzie wykorzystywany w stomatologii. Także rosiczki zdają się na klej do chwytania ofiar, ale rośliny wykorzystują go jeszcze do obrony. Śliwy uszkodzone owoce i pędy zatykają gumożywicą, a mleczne soki trojeści utwardzają się na powietrzu, sklejając żuwaczki owadów.