Παρασκευή, 6 Ιανουαρίου 2017

Μπορεί μια κουταλιά λάδι να ηρεμήσει τα κύματα της θάλασσας;


Μια κουταλιά λάδι μπορεί να σταματήσει τον κυματισμό της θάλασσας και να την γαληνέψει;

Η απάντηση είναι καταφατική, αρκεί να μην φαντάζεστε μια φουρτουνιασμένη θάλασσα πολλών μποφόρ. Το φαινομένο οφείλεται στον σχηματισμό αδιάλυτων μεμβρανών μονομοριακής φύσης στην επιφάνεια του νερού.
Διάταξη μορίων που διαθέτουν υδρόφοβη «ουρά» και υδρόφιλη «κεφαλή» δημιουργούν μονομοριακό στρώμα στην επιφάνεια του νερού

Οι «αδιάλυτες μονομοριακές μεμβράνες» συνδέονται με τις συναρπαστικές διηγήσεις των ναυτικών που ξεκινούν από την Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία και τον Πλίνιο τον Πρεσβύτερο(23-79) και φτάνουν μέχρι τον 18ο αιώνα, όπου πρώτος ο Βενιαμίν Φραγκλίνος άρχισε να πειραματίζεται με τα παράξενα φαινόμενα που προκαλούν στο νερό.
Το μόριο ενός λιπαρού οξέος
Κατά τη διάρκεια ενός ταξιδιού στην Αγγλία το 1757, ο Βενιαμίν Φραγκλίνος παρατήρησε, ότι όταν οι ναύτες άδειασαν στη θάλασσα χρησιμοποιημένο λίπος, τα κύματα ηρέμησαν εξαιτίας της μεμβράνης που σχηματίστηκε στην επιφάνεια της θάλασσας. Έτσι, το 1765, ο Φραγκλίνος βασιζόμενος σ’ αυτή την παρατήρηση έκανε ένα πείραμα σε μια λίμνη έκτασης περίπου 2000 m2 στην Αγγλία.
Διαπίστωσε ότι η ρίψη ενός κουταλιού λαδιού στο νερό αρκούσε για να καλύψει την επιφάνεια της λίμνης και να ηρεμήσει τα κύματα!
Από τότε κουβαλούσε μαζί του ένα μπουκαλάκι με λάδι λέγοντας στον κόσμο ότι έχει την ικανότητα να σταματάει τα κύματα.

Έστω ότι ο Βενιαμίν Φραγκλίνος έριξε 5 ml λιπαρού οξέος σε μια λίμνη επιφάνειας 2000 m2 και το λιπαρό οξύ έχει μοριακό βάρος περίπου 300 και πυκνότητα 0,9 g/cm3. Να δείξετε ότι για να δημιουργηθεί συμπυκνωμένη μονομοριακή μεμβράνη σε ολόκληρη την επιφάνεια της λίμνης, το μήκος ενός μορίου του λιπαρού οξέος πρέπει να είναι 25 Å και το εμβαδόν της εγκάρσιας επιφάνειας του μορίου 22 Å2.
Το πείραμα επανέλαβε πριν από ένα χρόνο περίπου ο Dr Greg Kestin και ανάρτησε σχετικό βίντεο στο youtube, στο κανάλι του «What The Physics?!» . Εξηγεί πως διατάσσονται τα μόρια του λαδιού στην επιφάνεια του νερού, προκαλώντας αλλαγή στις εφαπτομενικές τάσεις κοντά στην επιφάνεια, η οποία πλέον παύει να λυγίζει και να τεντώνει από τον άνεμο. Ο άνεμος τώρα απλά παρασύρει το μονομοριακό στρώμα, χωρίς να δημιουργούνται κυματισμοί, κάνοντας το νερό φαίνεται πιο λείο:

(το βίντεο πλησιάζει στα δυο εκατομμύρια προβολών εξαιτίας του άρθρου που δημοσιεύθηκε πριν από 20 μέρες στην dailymail.co.uk)
             

… κι ένα δεύτερο βίντεο με το ίδιο πείραμα:

               

Να λοιπόν που μια κουταλιά λάδι αρκεί να «κάνει τη θάλασσα λάδι».

Η επιστημονική μελέτη των μονομοριακών στρωμάτων στην επιφάνεια του νερού συνεχίστηκε το 1890 από τον Λόρδο Rayleigh. Τοποθετώντας μικρές ποσότητες ορισμένων σχετικά διαλυτών ελαίων σε μια καθαρή επιφάνεια νερού μιάς στέρνας, διαπίστωσε ότι αυτές διατάσσονταν με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργούν ένα μονομοριακό στρώμα. Πριν από την εργασία του Rayleigh, η Agnes Pockels, από την Γερμανία, χωρίς καμία επίσημη επιστημονική κατάρτιση, κατασκεύασε έναν ζυγό για την μελέτη των αδιάλυτων μονοστιβάδων. Πραγματοποίησε μια σειρά πειραμάτων, τα οποία περιέγραψε σε μια επιστολή προς τον Λόρδο Rayleigh το 1881. Στην πραγματικότητα, εφηύρε από το 1883 τον ζυγό μεμβρανών (διάταξη μέτρησης επιφανειακής τάσης), πολύ πριν τον Irving Langmuir. Ο Langmuir τo 1932 βραβεύθηκε με το Νόμπελ Χημείας για τις μελέτες του σχετικά με την χημεία δυο διαστάσεων, που περιλάμβανε και την ερμηνεία των μονομοριακών στρωμάτων λαδιού στην επιφάνεια του νερού.

Διαβάστε επίσης:
1. The calming effect of oil on water
2. Pouring oil on choppy water to calm it , does it work and if so how?
3. Ασκήσεις σχετικές με το πείραμα του Benjamin Franklin: «Φαρμακευτική Τεχνολογία Ι», Παπαϊωάννου Γ., Δεμέτζος Κ., Βλάχου Μ., εκδόσεις ΠΑΡΙΣΙΑΝΟΥ, 2007

Άλλα θέματα

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...