eksperiment sa superapsorbujućim polimerom pokazuje kako zakoni fizike objašnjavaju pojave koje svakodnevno posmatramo. Kada razumemo sile, energiju, kretanje i talase, ono što deluje neobično postaje jasno i predvidivo.
Kako nekoliko zrnaca zarobi čitavu čašu vode
U čašu sa malom količinom belog praha sipa se voda. Posle kratkog vremena čaša se može okrenuti, a voda ne izlazi: pretvorila se u vlažan gel unutar mreže polimera.
Fizičko objašnjenje
Natrijum-poliakrilat ima dugačke umrežene lance sa naelektrisanim grupama. Voda ulazi u mrežu usled osmotskih i elektrostatičkih efekata, lanci se razmiču, ali umrežavanje sprečava rastvaranje. Polimer nabubri i zadržava mnogo puta veću masu vode od sopstvene.
Odnos bubrenja: B = masa apsorbovane vode / masa suvog polimera; gustina: ρ = m/V.
Veličine i jedinice:
B – bezdimenzioni odnos, m – masa (g ili kg), V – zapremina (cm³ ili m³), ρ – gustina.
Kako pojava nastaje – korak po korak
- Suva zrnca imaju zbijenu umreženu polimernu strukturu.
- Voda prodire između lanaca i hidratiše naelektrisane grupe.
- Mreža bubri, ali se zbog poprečnih veza ne rastvara.
- Slobodna tečnost postaje zarobljena u gelu i izgleda kao da je nestala.
Primer iz prakse
Slični materijali nalaze se u upijajućim proizvodima, nekim oblogama i pakovanjima. Dodavanje dovoljno soli može smanjiti bubrenje jer joni menjaju osmotsku ravnotežu.
Od čega zavisi rezultat?
Kapacitet zavisi od vrste polimera, čistoće vode, količine soli, pH vrednosti, temperature i vremena. Voda iz česme obično daje manje bubrenje od dejonizovane.
Najčešća zabluda
Zabluda: Polimer hemijski uništi vodu ili je pretvori u novu supstancu.
Tačno objašnjenje: Molekuli vode ostaju prisutni, ali su raspoređeni i zadržani unutar nabubrele polimerne mreže.
Bezbedan ogled ili posmatranje
Koristite samo obrazovni superapsorbent poznatog sastava, zaštitne naočare i veoma malu količinu. Ne uzimajte materijal iz korišćenih proizvoda, ne gutajte ga, ne ostavljajte deci ili ljubimcima i ne sipajte gel u odvod. Odložite ga prema uputstvu nastavnika ili proizvođača.
Povezivanje sa školskim gradivom
Ogled povezuje polimere, difuziju, osmozu, električne interakcije, gustinu, zapreminu i osobine materijala.
Pitanja za proveru znanja
- Gde se nalazi voda posle ogleda?
- Zašto se polimer ne rastvori potpuno?
- Kako so utiče na bubrenje?
Odgovori
1) U nabubreloj polimernoj mreži. 2) Lanci su međusobno umreženi. 3) Obično ga smanjuje.
Česta pitanja
Da li je gel isto što i tečnost?
Gel je sistem u kome čvrsta trodimenzionalna mreža zadržava veliku količinu tečnosti, pa ima osobine i čvrstog i tečnog materijala.
Koliko vode može da primi?
Zavisi od sastava i saliniteta; neki superapsorbenti u čistoj vodi primaju stotine puta svoju masu, ali realni uslovi daju manje.
Zaključak
Nestala voda zapravo je zarobljena u mikroskopskoj mreži. Eksperiment pokazuje kako molekularna struktura može potpuno promeniti makroskopsko ponašanje materijala.
Za dalje učenje pogledajte formule iz fizike i rešene zadatke na sajtu Fizičarenje.