Çocukluk Efsaneleri | Deterjanla yapılan baloncuklu suyla neden çok fazla baloncuk üfleyemiyorum?
Baloncuk üfleme en tanıdık çocukluk oyunudur. Biraz baloncuklu suya daldırın, nefes alın, güneşte rüzgarda sürüklenen bir grup renkli baloncuk. Kabarcıklı suyum bittikten sonra, ebeveynler yeni bir şişe almak konusunda isteksizler, ne yapmalıyım? Küçük kafanın bir parıltısı var, biraz deterjan veya çamaşır tozu veya şampuan dökün ve bir şişe "köpüklü su" yapmak için suyla karıştırın. Ama bu "baloncuklu su" şişesi, satın aldığım baloncuklu su kadar fazla baloncuk patlatamaz. Bu neden?
Bugün, editör herkes için bu çocukluk efsanesine cevap vermek için burada ve bu arada, size balonlu su yapmak için bir tarif vereceğim.
Sihirli yüzey gerilimi
Kabarcıklardan bahsettiğinizde yüzey gerilimi kavramından bahsetmeniz gerekir, iki farklı madde arasındaki ara yüzeydeki gerilime yüzey gerilimi denir. Moleküler kuvvet perspektifinden bakıldığında, yüzey gerilimine madde içindeki çekici kuvvet neden olur. Sıvılar söz konusu olduğunda, sıvıdaki moleküller arasındaki çekim genellikle bir gazdaki moleküller arasındaki veya bir gaz ve sıvıdaki moleküller arasındaki çekimden daha büyüktür ve sıvının büzülmesine ve yüzeyin sıkı bir film gibi görünmesine neden olur. Enerji açısından, yüzey molekülleri daha yüksek moleküler potansiyel enerjiye sahiptir.Düşük enerjili kararlı bir duruma ulaşmak için, yüzey moleküllerinin maruziyetini azaltmak ve sıvının yüzey alanını azaltmak gereklidir. Adında bir "kuvvet" olmasına rağmen biriminin gerçekte N / m veya J / m2 olduğuna dikkat edilmelidir.
Saf suyun yüzey gerilimi 72.75N / m ve etanolün yüzey gerilimi 22.55N / m'dir, bu nedenle alkolün yüzey gerilimi saf sudan daha küçüktür. Saf suyun yüzey gerilimini azaltmak için içine yüzey aktif maddeler eklemek mümkündür. Yüzey aktif maddeler olarak adlandırılan maddeler, çözeltinin yüzey gerilimini önemli ölçüde azaltabilen maddelerdir Sürfaktanlar genellikle hidrofilik gruplar ("baş") ve hidrofobik gruplar ("kuyruk") içeren organik amfifilik moleküllerdir. Suda çözünen inorganik tuzlar yüzey gerilimini artırabilir.
Bir tür yüzey aktif madde olan Sodyum Lauril Sülfat (tırtıllara benzer) çamaşır tozunda yaygın olarak kullanılmaktadır | Kaynak: Wikipedia
Hayattaki pek çok fenomen, suda yüzen su şeridinin hafif çalışması, suda yüzen bir kuruş, "Üç Gövdeli" uzay aracının eğriliği ilkesi (yanlış giriş) gibi yüzey gerilimiyle ilgilidir.
Su dikeninin hafif çalışması su üzerinde yüzer, hafif çalışmasını bozmak çok basittir, biraz yüzey aktif madde ekleyin | Kaynak: Wikipedia
Teknenin kuyruğuna deterjan ekleyin, teknenin kuyruğunun yüzey gerilimi az ve ön yüzün yüzey gerilimi yüksek, böylece tekneyi öne doğru çekiyor
Bu kadarını söyledikten sonra, yüzey gerilimi ile kabarcıklar arasındaki ilişki nedir? Saf suyun yüzey gerilimi nispeten büyüktür ve kabarcıkların oluşması gaz ve sıvı arasındaki yüzey alanını artıracağından, termodinamik olarak kararsız olan yüzey serbest enerjisini artıracağından kararlı kabarcıklar oluşamaz. Sürfaktan ilave edildikten sonra, sürfaktanın hidrofilik grubu su fazına yerleştirilir ve havada hidrofobik grup kurulur, bu da yüzey gerilimini azaltır ve kabarcığın bir süre stabil bir şekilde var olmasına izin verir. Aşağıdaki resimden de görülebileceği gibi, kabarcık filmin her iki tarafında yüzey aktif maddeler ve aralarında su tabakası bulunan bir sandviç yapı vardır.Bu sandviç yapı, baloncuklu su formülü için çok önemlidir.
Baloncuğun yapısı
İnce film paraziti
Baloncukları üflerken, çocukların en çok takıntılı olduğu şey gökkuşağı benzeri renkleri, sanki sihirle renklidir. Kabarcıkların rengi aslında çok yaygın bir optik fenomen-film girişimidir.
Sözde film girişimi, bir ışık demetinin filmi ışınladığı anlamına gelir.Kırılma indisindeki farklılık nedeniyle, ışık, filmin üst ve alt arayüzleri tarafından yansıtılacak ve karşılıklı etkileşim nedeniyle yeni ışık oluşacaktır.Bu fenomen, film girişimi olarak adlandırılır. Yeni ışık, üst ve alt arayüzlerden yansıyan ışığın üst üste binmesidir.İki arayüzden yansıyan ışık, faz ilişkilerine bağlı olarak yapıcı bir şekilde müdahale edebilir (yoğunluk artışı) veya müdahale edebilir (yoğunluk azalması).
Girişim iptali (yarım dalga kaybı şekilde gösterilmemiştir) | Kaynak: Wikipedia
Girişim yapıcıdır (yarım dalga kaybı şekilde gösterilmemiştir) | Kaynak: Wikipedia
Yukarıdaki şekilden, iki arayüzdeki yansıyan ışığın faz ilişkisinin sadece gelen ışık dalgasının dalga boyu (rengi) ile değil, aynı zamanda filmin kalınlığıyla da ilişkili olduğu görülebilir. Optik yol farkı, yarı dalga boyunun çift katı olduğunda, girişim iptal edilir Optik yol farkı, yarı dalga boyunun tek bir katı olduğunda, girişim yapıcıdır (yarım dalga kaybı). Bu nedenle, baloncuğun rengine bakarak da film kalınlığını tahmin edebiliriz.
Kabarcık film rengi ve kalınlığı arasındaki ilişki | Kaynak: physics.stackexchange.com
Kabarcık film rengi ve kalınlığı arasındaki ilişki | Kaynak: soapbubble.dk
Herkesin tecrübesi olduğuna inanıyorum ... Eğer baloncuğun rengi alacakaranlıkta gökyüzünün altın rengine dönerse, bu balon patlamak üzere demektir. Peki kabarcıkların incelmesinin nedenleri nelerdir? Birincisi, kabarcık suyu yerçekimi etkisi altında aşağı doğru akacaktır ve ikincisi, kabarcıkların özgül yüzey alanının çok büyük olması ve buharlaşmanın yoğun olması, kabarcıkları çabucak inceltir.
Büyük Balon Formülü
Yukarıdaki bilgilerle şimdi çocukluk efsanesine cevap vereceğim: "Neden deterjanla yapılan baloncuklu su çok fazla baloncuk patlatamaz".
Merak ediyorum, kendi kendine yapılan baloncuklu sudan üflenen baloncukların renginin o kadar parlak olmadığını, hatta biraz gri olmadığını ve bir anda patladığını fark ettiniz mi? Yukarıdaki kabarcık rengi ile film kalınlığı arasındaki ilişkiye göre anlaşılması kolaydır: kendi kendine yapılan kabarcık suyu tarafından üflenen balonun filmi çok incedir ve kırılması kolaydır. Kabarcıklı filmi nasıl daha kalın hale getirebilir ve daha uzun bir süre koruyabiliriz?
Herkes gibi, bunu merak eden pek çok insan var, bu yüzden baloncuklu suyun formülünü ve nasıl daha fazla baloncuk patlatılacağını paylaşmaya adanmış çevrimiçi bir Wiki var.
Kabarcıklı su formülünün, deterjana su eklemek kadar basit olmadığı doğrudur (o sırada küçük kafa, deterjan konsantrasyonunu artırmak veya bir deterjanı değiştirmek için her şeyi denedi). Genel olarak şu bileşenler vardır: deiyonize su, yüzey aktif madde, gliserin, polimer, pH ayarlayıcı.
Aşağıdaki editör bu bileşenlerin etkilerini tek tek açıklayacaktır.
Çözücü olarak su kullanılır, bunu herkes bilir ama deiyonize su kullanımını neden vurgulayayım? Suyun sert olduğu bir yerde yaşayan küçük tatlı, sabunla yıkandığınızda sabunlu suyun üzerinde bir pislik tabakası bulacağınızı bilir. Bu pisliklerin çoğu aslında insan vücudu kirliliği değildir, ancak sert sudaki kalsiyum ve magnezyum iyonları ve sabundaki sodyum stearat, suda yüzen daha düşük çözünürlüğe sahip kalsiyum stearat ve magnezyum stearat oluşturur. Bu nedenle, yüzey aktif maddenin en iyi performansı sergilemesini sağlamak için en iyisi deiyonize su kullanmaktır.
Elbette formülde yüzey aktif maddeler vazgeçilmezdir.Deterjan, el dezenfektanı, çamaşır deterjanı gibi birçok yaygın olanı vardır. Gliserine gelince, aslında özel bir etkisi yoktur, çünkü aşağıda kullanılan bağlayıcı suda çok çözünür değildir ve çözünmelerine yardımcı olmak için gliserin gereklidir.
Kabarcık suya polimer ekleme ihtiyacına gelince, birçok insan bilmeyebilir. Bu sadece balonlu filmi kalınlaştırmakla kalmaz, aynı zamanda balonun açıldıktan sonra patlama olasılığını da azaltır. Kabarcık filmin sandviç yapısını hatırlıyor musunuz? Polimer ayrıca kabarcık filmindeki suyun buharlaşmasını yavaşlatarak, kabarcığın daha uzun süre dayanmasını sağlar. Yaygın polimer katkı maddeleri arasında polietilen oksit (PEO), guar zamkı, polivinil alkol (yapıştırıcıda bulunan PVA) ve benzeri yer alır.
Polietilen oksit PEO | Kaynak: Wikipedia
Guar Gum | Kaynak: Wikipedia
Kabarcık suyundaki polimerlerden bahsetmişken, Emory Üniversitesi'nden Doçent Doktor Justin Burton hakkında konuşmak gerekiyor. Barselona'da bir toplantıdayken, sokak çalgıcılarının büyük baloncuklar üflediğini gördü ve büyük baloncukların neden bu kadar geniş bir yüzey alanını koruyup patlamadığını merak etmekten kendini alamadı. Bu yüzden kabarcık formülünü incelemek için eve gitti ve Soap Bubble Wiki web sitesini (referans materyalleri için web sitesi) buldu. Deneylerden sonra, polimerlerin büyük kabarcıkların üretiminde hayati bir rol oynadığını keşfetti. Bu yüzden lisansüstü öğrencilerine, polimerlerin büyük baloncukları patlatmayı nasıl zorlaştırdığını araştırmaları için laboratuvarda baloncuklar üflemelerini söyledi. Daha sonra Fiziksel İnceleme Sıvıları üzerine bir tez yayınladı (bkz. Kaynaklar) ve yüksek lisans öğrencisi de bu eserle bir yüksek lisans derecesi ile mezun oldu (bu da sorun değil ???).
Konuya dönecek olursak, formüldeki pH ayarlayıcılar esas olarak kabartma tozu, sitrik asit vb. Aslında, bu pH ayarlayıcıları olmadan iyi bir kabarcık suyu elde edilebilir, ancak bazı insanlar, pH ayarlayıcıların eklenmesinin, kabarcıkların kapanmasını kolaylaştırdığını ve kabarcıkların ömrünü uzattığını keşfetti.
Sabun Köpüğü Wiki, yeni başlayanlar için bir başlangıç formülü sağlar.Lütfen küçük bir Mazar hazırlayın: 1kg deiyonize su, 40 ~ 65g deterjan, 1.5g guar zamkı, 2g kabartma tozu, uygun miktarda gliserin veya alkol. Formüle ek olarak, büyük kabarcıkları üfleme aracı da çok önemlidir Aşağıdaki ev yapımı alet, büyük kabarcıkları üflemek için mümkün olduğunca çok baloncuklu suyu emebilir. Ayrıca Big Bubbles'ın dünya rekorlarını toplamaya adanmış bir web sitesi de bulunmaktadır (bkz. Kaynaklar).
Büyük kabarcık üfleme aracının şematik diyagramı | Kaynak: Soap Bubble Wiki
Büyük kabarcık üfleme aracı bitmiş ürün | Kaynak: Soap Bubble Wiki
Çocuklukta kim büyük bir balon patlatmak istemedi? Ancak, büyük baloncukları nasıl üfleyeceğinizi bildiğiniz zaman, çocukluğumdaki kaygısız günler, rengarenk baloncuklar gibi rüzgarla uzaklaştı ki bu gerçekten nostaljik.
Kaynak: Soap Bubble Wiki
Kaynak: Soap Bubble Wiki
Referans Materyalleri
Yüzey gerilimi
Film paraziti
Https://soapbubble.fandom.com/wiki/Soap_Bubble_Wiki
Https://phys.org/news/2020-01-physics-giant-secret-fluid-mechanics.html
Frazier S, Jiang X, Burton J C. Dev bir balon nasıl yapılır Fiziksel İnceleme Sıvıları, 2020, 5 (1): 013304.
Https://soapbubble.fandom.com/wiki/Recipes_Guar
Http://www.recordholder.org/en/list/soapbubbles.html
Sorumluluk Reddi: Bu makale, daha fazla bilgi vermek amacıyla yeniden üretilmiştir. Kaynak etiketlemede bir hata veya yasal haklarınızın ihlali söz konusu ise, lütfen sahiplik sertifikası ile web sitesi ile iletişime geçin, biz de zamanında düzeltip sileceğiz, teşekkür ederiz.
Kaynak: Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
