المفاهيم الرئيسية

علم الكيمياء

علم الأحياء

التفاعل

العامل الحفاز

التوتر السطحي

مقدمة

أجرِ تفاعلًا رغويًّا ضخمًا، واستخدم العلم لتبهر أصدقاءك بهذا التفاعل التقليدي، فبالقليل من المكونات يمكنك تحضير ما يشبه معجون أسنان رغويًّا يتم ضخه من أنبوب- ولكنه كبير للغاية، لدرجة أنه يبدو مناسبًا تقريبًا لفيل!

خلفية

قد تكون على دراية باستخدام فوق أكسيد الهيدروجين كمطهر لتنظيف الجروح والخدوش؛ وذلك لأنه يقتل البكتيريا. ولكن ما هو فوق أكسيد الهيدروجين؟ إنه سائل مكون من ذرات الهيدروجين وذرات الأكسجين (صيغته الكيميائية هي(H2O2) ). وهو متوافر بتركيزات مختلفة. وعادةً ما تجده بتركيز 3٪ (على الرغم من توافر تركيزات أعلى، إلا أنها أكثر خطورةً، ويجب التعامل معها بحذر). وينقسم فوق أكسيد الهيدروجين عند تعريضه للضوء، ولهذا عادةً ما يأتي في زجاجات ذات لون بني داكن.

عندما ينقسم فوق أكسيد الهيدروجين، يتحول إلى أكسجين (O2) وماء .(H2O) وعادةً ما يحدث هذا الانقسام ببطء شديد. ولكن يمكنك جعل هذا التفاعل يتم بشكل أسرع! كيف؟ عن طريق إضافة عامل حفاز، فالخميرة كائن حي، يحتوي على مادة كيميائية خاصة تسمى إنزيم الكاتالاز، ويمكن أن تكون بمنزلة عامل حفاز للمساعدة في انقسام فوق أكسيد الهيدروجين. يوجد إنزيم الكاتالاز تقريبًا في جميع الكائنات الحية التي تتعرض للأكسجين؛ إذ يساعدها على تكسير فوق أكسيد الهيدروجين الموجود في الطبيعة.

هذا يعني أنك إذا خلطت الخميرة مع فوق أكسيد الهيدروجين، فسينقسم فوق أكسيد الهيدروجين بسرعة إلى الماء وغاز الأكسجين. يكوِّن غاز الأكسجين فقاعات. وعادةً ما تفلت هذه الفقاعات من السائل وتظهر على السطح بسرعة. لكن إضافة القليل من منظف الأطباق توفر توترًا سطحيًّا إضافيًّا، وهو ما يتيح حبس الفقاعات وصنع الكثير من الرغوة، وهذه الرغوة تشبه دفقة ضخمة من معجون الأسنان، تكاد تكون كبيرةً بما يكفي لفيل!

الأدوات

  • زجاجة بلاستيكية فارغة
  • خميرة جافة (متوافرة في قسم الخبز في محل البقالة)
  • ماء دافئ
  • منظف أطباق سائل
  • فوق أكسيد الهيدروجين بتركيز 3٪
  • كؤوس معيارية
  • ملاعق معيارية
  • نظارات للسلامة
  • حوض كبير أو طبق لاحتواء الرغوة
  • مكان للنشاط يمكنه تحمُّل الانسكابات (من فوق أكسيد الهيدروجين وكذلك الألوان الغذائية)، مثل المطبخ أو المرحاض - أو موقع خارجي
  • لون غذائي سائل (اختياري)
  • زجاجات أو أكواب مختلفة الشكل (اختياري)

التحضير

  • ضع نظارات السلامة لعمل هذا النشاط؛ لأن فوق أكسيد الهيدروجين يمكن أن يؤدي إلى تهيُّج عينيك. (ملحوظة: على الرغم من أن ناتج هذا النشاط يشبه معجون الأسنان، فهو ليس معجون أسنان، لذلك لا تحاول استخدامه!)
  • جمّع المواد الخاصة بالنشاط في الموقع الذي اخترته لعمل نشاطك. ضع الزجاجة البلاستيكية على الطبق أو الحوض حتى يسهل تنظيف الرغوة بالكامل.

الخطوات

  • ابدأ بمعايرة نصف كوب من فوق أكسيد الهيدروجين، ثم اسكبه في الزجاجة بعناية.
  • أضف بَثقةً كبيرة من منظف الأطباق في الزجاجة، وأدر الزجاجة برفق لخلطه.
  • إذا كنت ترغب في جعل الرغوة ذات لون موحد، أضف بضع قطرات من اللون الغذائي مباشرةً إلى فوق أكسيد الهيدروجين، وأَدِر الزجاجة برفق لخلطها. وإذا كنت ترغب في رغوة مخطَّطة مثل بعض معاجين الأسنان، ضع القطرات على طول الحافة الداخلية لفوهة الزجاجة ودعها تنساب داخل الزجاجة، لكن لا تخلطها.
  • في الكأس المعياري، اخلط ملعقة كبيرة من الخميرة وثلاث ملاعق كبيرة من الماء الدافئ، واستمر بالتقليب لمدة 30 ثانية.
  • اسكب خليط الخميرة في الزجاجة ثم تراجع بسرعة، وشاهد حدوث التفاعل! ماذا حدث؟ كم من الوقت يستمر التفاعل؟

خطوات إضافية: جرب النشاط من دون منظف الأطباق. ماذا حدث؟ كيف اختلفت النتيجة؟

خطوات إضافية: جرب النشاط بحاويات مختلفة الأشكال. ماذا يحدث إذا كنت تستخدم زجاجةً ذات عنق أضيق أو أكثر اتساعًا- أو كأس شراب أسطوانية بلا عنق؟

الملحوظات والنتائج

ربما تكون قد رأيت الكثير من الفقاعات والرغوة في هذا النشاط. لماذا تظهر الرغوة؟ عندما يتلامس فوق أكسيد الهيدروجين مع الخميرة، يبدأ في الانقسام إلى ماء وأكسجين. الأكسجين غاز، وبالتالي يسعى إلى الإفلات من السائل. ولكن منظف الأطباق الذي أضفته إلى التفاعل يحبس فقاعات الغاز هذه، ويكوِّن رغوة. يستمر التفاعل طالما استمر وجود فوق أكسيد الهيدروجين والخميرة. بمجرد نفاد أحدهما يتوقف عن صنع رغوة جديدة. إذا جربت النشاط من دون منظف الأطباق، فمن المحتمل أن يستمر التفاعل في إنتاج فقاعات، ولكن من دون رغوة.

More to Explore
Enzymes, Foam and Hydrogen Peroxide, from Science Buddies
Exploring Enzymes, from Scientific American
The Liver: Helping Enzymes Help You, from Scientific American
Erupting Diet Coke with Mentos, from Science Buddies
Yeast Alive! Watch Yeast Live and Breathe, from Scientific American
STEM Activities for Kids, from Science Buddies 

This activity brought to you in partnership with Science Buddies

Science Buddies