Kto si niekedy robil mliečny koktail či kakao potvrdí, že mlieko možno zafarbiť. Kto si niekedy umýval mastné ruky na dotyk mastným mydlom, možno sa divil, ako môžu byť ruky nakoniec bez mastnoty. Čo tieto dva zdanlivo nesúvisiace poznatky spojiť dohromady a vytvoriť tak fascinujúci experiment? S použitím chémie a fyziky to nie je žiadny problém, je to jednoduché a môžete s tým „na kolene“ ohromiť kamarátov aj dospelých.
Pochopenie povrchového napätia
Aby sme dobre pochopili, čo je povrchové napätie, musíme si uvedomiť, že medzi molekulami kvapalín pôsobia príťažlivé (kohezné) sily. Týmito silami sa molekuly kvapalín vzájomne priťahujú k tým okolitým - kvapalina drží pohromade. Tieto sily medzi jednotlivými molekulami sú vyrovnané. To ale u molekúl, ktoré sa nachádzajú pri hladine, neplatí. Nad molekulami je vzduch, ku ktorému sa priťahovať nemôžu. U hladiny tak vzniká akási „pevnejšia“ pružná vrstvička, ktorú nazývame povrchové napätie. Táto titěrná vrstvička môže uniesť zdanlivo ťažké predmety, ako je napríklad kovový špendlík, kancelárska sponka či minca. Tohto javu využíva aj vodný hmyz ako brusniarka, vodomerka alebo vodný pavúk (vodouch striebritý).
S rastúcim povrchom kvapaliny rastie aj jej povrchová energia. Keďže rovnovážny stav je stav s minimálnou potenciálnou energiou, snaží sa kvapalina zmenšiť svoj povrch a dostať sa tak do rovnovážneho stavu. Molekuly kvapaliny, ktoré sú v jej povrchovej vrstve, majú väčšiu potenciálnu energiu, než by mali, keby boli vo vnútri kvapaliny. Tej časti potenciálnej energie, ktorú majú molekuly v povrchovej vrstve navyše, sa hovorí povrchová energia.
Ako funguje mlieko a saponát
Mlieko je tekutina, ktorá obsahuje rôzne typy molekúl, vrátane vody, tukov, bielkovín, vitamínov a minerálov. V mlieku sú okrem vody aj tuky a proteíny. Keď dáte do mlieka saponát, stane sa viacero vecí naraz. Zníži sa povrchové napätie tekutiny, takže farba sa môže ľahšie pohybovať. Saponát tiež reaguje s bielkovinami v mlieku, mení ich tvar a uvádza ich do pohybu. Reakciou saponátu a tukov vznikajú micely. Keď sa formujú, vytláčajú pigmenty vo farbive. Mydlá a saponáty sú vskutku zaujímavé látky. Bežne ich používame na umývanie riadu, podláh, strojov, skrátka všade tam, kde je potrebné odmastiť povrch. Mlieko tiež obsahuje tuk a mydlo jeho molekuly tuku účinne obalí. Zároveň sa zníži povrchové napätie mlieka a obalené kvapôčky tuku sa potom pohybujú. Tento pohyb sme si zvýraznili potravinárskym farbivom. V nízkotučnom mlieku prebehne celý pohyb rýchlejšie než v mlieku plnotučnom či v smotane - môže za to rozdiel v množstve tuku.
Čím vyšší je obsah tuku, tým dlhšie prebieha pohyb molekúl.
Experiment: Maľovanie na mlieko
Čo budete potrebovať: tanier alebo misku; mlieko (najlepšie s vyšším obsahom tuku); potravinárske farbivá (rôzne farby); vatové tampóny alebo špáradlá; tekuté mydlo na riad (saponát).
Postup: Na tanier alebo do misky nalejte mlieko aspoň do výšky 1 cm. Potom na hladinu mlieka jemne nakvapkajte potravinárske farbivo (ak nezoženiete tekuté, možno ho namiešať z práškového), od každej farby niekoľko kvapiek. Snažte sa pritom, aby sa farbivo udržalo na hladine. Následne si do kvapátka alebo na špejľu pripravte kvapku saponátu a kvapnite ju doprostred nádoby s mliekom. Odmenou bude pohľad na farebné rošambo.
Namiesto kvapátka môžete použiť špejľu. Saponát naberte na koniec špejle a aj so špejlou ponorte do nádoby s mliekom. Keď sa dotknete povrchu mlieka tyčinkou namočenou do saponátu, farby sa začnú prudko rozpíjať. Môžete skúsiť, čo spraví, ak budete do mlieka ponárať čistú paličku, ak zmiešate farbu so saponátom vopred, alebo ak dáte saponát najprv a farbu až potom. Môžete použiť aj rastlinné mlieko, napríklad mandľové.
Vysvetlenie
Mydlo znižuje povrchové napätie mlieka. Tukové molekuly v mlieku sa začnú pohybovať a miešať s farbami, čo vytvára zaujímavé vzory. Čím vyšší obsah tuku, tým dlhšie prebieha pohyb molekúl; v nízkotučnom mlieku prebehne celý pohyb rýchlejšie než v plnotučnom mlieku či smotane.
Pokusy s cukríkmi a vodou
Deti zbožňujú cukríky. Nalejte do misky vodu, cukríky rýchlo uvoľnia farbu a vytvoria dúhu. Na internete nájdeme aj ďalšie pokusy s cukríkmi, ktoré sú bezpečné a zábavné. Tu sú najlepšie tipy, ktoré sa dajú ľahko realizovať doma.
- Farebná sopka - saponát, ocot, jedlá sóda a potravinárske farbivá v pohári vyvolajú farebnú „sopku“.
- Dúha v pohári - 4 poháre s vodou, každé s inou farbou; kryštálový cukor v každom pohári s rôznym množstvom, potom zmes opäť preliali do veľkého pohára a vrstvy sa od seba opticky oddeľujú.
- Zábavné pokusy s cukríkmi - po pridaní cukríkov do misky s vodou sa farba uvoľní a vytvorí sa dúha.
- Domáce tornádo - pohár s vodou, saponát, kvapky farbív a vložky na pohároch vytvoria vodný vír.
- Olejový dážď - olej s kvapkami farbív v pohári sa mieša a prúdi dole do vody, ukáže hustotný efekt.
- Skryštalizované vajíčko - vajíčko s tekutým lepidlom a soľou, v teplom roztoku s farbivom postupne vytvára soľné kryštály vo vnútri škrupiny.
Iné zábavné a vzdelávacie sekcie
Program Krúžok Malý vedec je prepojením vzdelávania chémie so zábavou prostredníctvom krúžkov alebo workshopov pre deti od 4 do 12 rokov. Kompletné vybavenie spotrebného materiálu a detský laboratórny plášť pre každé dieťa zabezpečujú plnohodnotný zážitok. Program realizujeme v slovenskom a anglickom jazyku prostredníctvom vyškolených lektorov. V materských školách je vhodná forma hravých pokusov a zmyslovo orientovaných aktivít, na 1. stupni ZŠ systematická experimentálna činnosť a práca v tímoch. Program možno začleniť aj do ŠKD, centier voľného času či komunitných vzdelávacích aktivít.
Inovácia podporuje učiteľov v modernizácii prírodovedného vzdelávania - poskytuje kompletné metodické vedenie, bezpečné postupy a pripravené experimenty s jasnou didaktickou štruktúrou. Deti sa hravou formou zoznamujú s mnohými základnými chémiemi. Učia sa, ako reagujú kyseliny a zásady, čo je to povrchové napätie a ako naň pôsobia rôzne látky (pokus farebné mlieko, pokus lávová fľaša). Objavujú tvorbu polymérov a gélov (pokus polymérové červy, pokus sliz), aj rozklad látok a vznik plynov (pokus slonia zubná pasta, pokus samonafukovací balónik).
Praktické tipy a bezpečnosť
Tipy pre úspešné experimentovanie s deťmi: Bezpečnosť na prvom mieste: vždy dohliadajte na deti počas experimentov a uistite sa, že používajú ochranné pomôcky, ak sú potrebné. Zapojte deti do prípravy: Nechajte deti pomáhať s prípravou pomôcok a ingrediencií. Klaďte otázky: Podnecujte deti, aby sa pýtali otázky a premýšľali o tom, čo sa deje. Nechajte ich experimentovať: Dovoľte deťom, aby si vyskúšali rôzne varianty a objavovali vlastné riešenia. Užite si to: Experimentovanie by malo byť zábavné a poučné pre vás aj pre vaše deti.
Tabuľka: Prehľad aktivít programu „Krúžok Malý vedec“
| Veková skupina | Typ aktivity | Zameranie |
|---|---|---|
| MŠ (4-6 rokov) | Hravé pokusy, zmyslovo orientované aktivity | Rozvoj zvedavosti, jednoduché pozorovania |
| ZŠ 1. stupeň | Systematická experimentálna činnosť | Postupnosť, presnejšie merania, interpretácia výsledkov |
Deti sa hravou formou zoznamujú s mnohými základmi chémie. Učia sa, ako reagujú kyseliny a zásady, čo je to povrchové napätie a ako naň pôsobia rôzne látky (pokus farebné mlieko, pokus lávová fľaša). Objavujú tvorbu polymérov a gélov (pokus polymérové červy, pokus sliz), aj rozklad látok a vznik plynov (pokus slonia zubná pasta, pokus samonafukovací balónik).
Prvek č. 38. STRONCIUM: Tiše proniká do tvých kostí — a pomohl vědcům změřit věk Země
Ohľadom praktických ukážok v domácnosti, skúste si s deťmi pripraviť niektoré z pomenovaných pokusov - mlieko s farbami a saponátom, farebná sopka alebo dúha v pohári sú skvelé vstupy do experimentovania.