Experimentárium - časť 3. - Lávová lampa

V dnešnej časti Experimentária ešte posledný krát využijeme reakciu octu a sódy bikarbony, k chemickým reakciám už ale tentokrát pridáme aj trochu fyziky. Konkrétne využijeme povrchové napätie, viskozitu a rozdielne hustoty rôznych látok k tomu, aby sme z nášho bublinkujúceho mixu vytvorili efektnú lávovú lampu.

Všetci zrejme viete, že keď nalejeme ľubovoľný kuchynský olej do nádoby s vodou, olej sa s vodou nezmieša, ale ostane "plávať" na jej hladine.

Vysvetlenie toho, prečo by mal olej ostať plávať na hladine vody, je jednoduché. Olej má jednoducho menšiu hustotu ako voda (ľudovo povedané, je "ľahší"). Na jej povrchu preto ostane plávať podobne, ako napr. kus dreva.

Prečo sa ale s vodou nezmieša, resp. sa v nej nerozpustí? Odpoveď na túto otázku súvisí s povrchovým napätím vody (a samozrejme aj oleja, kde je ale tento efekt výrazne slabší). Na každú molekulu vody, ktorá sa nachádza v jej objeme, totiž príťažlivou silou pôsobia ostatné molekuly vody nachádzajúce sa okolo nej. Pokiaľ je táto molekula v objeme vody, tieto sily sú zo všetkých strán rovnaké, takže sa navzájom vykompenzujú a výsledné silové pôsobenie je nulové. Ak sa ale táto molekula nachádza na povrchu vody (t.j. na rozhraní voda/vzduch), príťažlivou silou na ňu pôsobia iba molekuly vody na jednej strane povrchu, ako možno vidieť na obrázku nižšie. To spôsobí, že povrchové molekuly sú priťahované smerom do vnútra, teda do objemu vody.

Zdroj obrázku: sk.wikipedia.org

Dôsledkom tohto celého je, že voda sa snaží minimalizovať svoj povrch [1]. Vďaka tomu má napr. kvapka vody snahu zaujať tvar gule, ktorá má pri danom objeme minimálnu plochu povrchu.

Na rozhraní vody a oleja na molekuly vody pôsobia príťažlivou silou aj molekuly oleja na druhej strane rozhrania, ale ich silové pôsobenie je v porovnaní s molekulami vody výrazne slabšie. Výsledok je preto podobný ako v prípade rozhrania vody so vzduchom - voda sa snaží minimalizovať plochu rozhrania. Dôsledkom je, že celý objem vody a oleja sa od seba oddelí, pretože takto má ich rozhranie najmenšiu plochu. Rozdelenie oleja na kvapôčky, prípadne jeho rozpustenie vo vode na jednotlivé molekuly by malo za následok obrovské zväčšenie plochy rozhrania voda-olej.

No a teraz začnime už aj trochu experientovať

To, že olej sa s vodou nezmieša a ostane plávať na hladine, sme si už vysvetlili. Čo sa ale stane, keď do nádoby najprv nalejeme olej a až následne na neho nalejeme vodu? Voda, keďže má väčšiu hustotu, sa bude snažiť dostať na dno oleja. Vyššie spomínané povrchové napätie a vysoká viskozita oleja jej tento proces ale trochu skomplikujú, takže tam nepadne naraz "ako kameň", ale bude na dno prechádzať postupne, pričom sa môžu dočasne vytvoriť aj "kvapky" vody v oleji a naopak. To si môžte za pár sekúnd vyskúšať aj sami, ale ak nechcete zbytočne plýtvať olejom, dá sa to vidieť napr. aj na videu nižšie: