المفاهيم الأساسية

الكيمياء

المحاليل

القابلية للامتزاج

القطبيّة

خافضات التوتر السطحي

التوتر السطحي

مقدمة

هل تحتاج إلى بطاقات معايدة لأسرتك أو أصدقائك؟ لا توجد مشكلة؛ في هذا النشاط سوف تصنعُ أعمالًا فنيةً جميلة وتُمارس العلمَ في الوقت نفسه!

كل ما ستحتاج إليه من خامات هو كريم حلاقة، وملوِّنات غذائيّة، وأوراق بيضاء. مستعد لاكتشاف الحيلة العلميّة في هذا النشاط؟

انطلق واكتشف!

الخلفيّة العلميّة

الإبرو (بالإنجليزية: paper marbling) أسلوب فنيّ تُنقَل فيه الألوان الطافية على سطحٍ سائل إلى الورق، لرسم نمطٍ رخاميّ.

يرجع تاريخ فنّ الإبرو إلى القرن العاشر، إذ طوَّر الفنانون اليابانيون أسلوبًا يسمَّى سوميناجاشي Suminagashi ويعني "الحبر الطافي"، يتمّ فيه تقطير حبرٍ زيتيّ في طبقٍ مسطح من الماء، وعندئذ يطفو الحبر على السطح، فيوضع الورق على الحبر الطافي، لينتقل اللون إلى سطح الورقة.

هناك أسلوب آخر لفن الإبرو نشأ في تركيا وآسيا الوسطى، يُستخدم فيه سائل غليظ يسمَّى المعجون النشويّ، يُصنع من مواد مثل نشا الذرة، في هذا الأسلوب يجب استخدام سائل غليظٍ لأن الألوان المستخدمة مائيّة، وإلا فلن تطفو، ولتحسين طفو الألوان وانتشارها، تُخْلَط بمواد خافضة للتوتر السطحيّ ثم تُقَطَّر على المعجون النشويّ، مما يُشكّل نمطًا من اللون الطافي يمكن نقله إلى الورق.

في الحقيقة؛ يحتوي هذا الأسلوب الفني القديم على الكثير من العلم! إذ تطفو الألوان لأنها أقلّ كثافة من الماء، ومن المهم أيضًا ألا تمتزج الألوان مع الماء، ويعتمد امتزاج سائلٍ بآخر على البنية الجزيئيّة لكلٍّ منهما، قد تكون الجزيئات المُكَوِّنة لأي سائل قطبيّة أو غير قطبيّة.

تقول القاعدة البسيطة "الشيء يذوب في نظيره" أي إن المواد القطبيّة تذوب في السوائل القطبيّة، والمواد غير القطبيّة تذوب في السوائل غير القطبيّة، الماء قطبيّ بينما الزيت غير قطبيّ، لذا لا يمتزجان.

تُسمَّى المواد التي تذوب في الماء بالمواد مُحبّة الماء، بينما التي لا تذوب تسمّى بالمواد كارهة الماء. تُضاف خافضات التوتر السطحيّ إلى الألوان لتؤثِّر على سلوكها في الانتشار، تستطيع هذه الجزيئات الخاصّة فعل هذا لأنها ذات طرفين: طرف محبّ للماء وطرف كاره للماء، هذه الخاصيّة في خافضات التوتر السطحيّ تسمح للمواد بالانتشار للخارج، لأنها تقلل التوتر السطحيّ للماء الذي ينشأ من تماسك جزيئات الماء عند السطح، لأن بعضها ينجذب قليلًا إلى بعض، أكثر مما تنجذب للهواء أعلاها.

في هذا النشاط، ستجرّب شكلًا مبسطًا من فن الإبرو، باستخدام كريم حلاقة وملوِّنات غذائيّة، يبدو هذا مختلفًا، إلا أن المفاهيم نفسها تنطبق هنا، انظر بنفسك وأدِّ هذا النشاط العلميّ الفنيّ المُمتع!

المواد المستخدمة

  • طبقان كبيران
  • كريم حلاقة (وليس الجِلّ)
  • مُلَوّن طعام سائل (لونان مختلفان على الأقل)
  • ورق أبيض أو بطاقات من الورق المقوى
  • قطّارة طبيّة
  • مقص
  • ملعقة
  • خلّة أسنان
  • عصيّ خشبية مسطحة من الحجم الكبير
  • مناشف ورقيّة
  • زجاجة بخّاخة
  • ماء
  • مساحة عمل تحتمل انسكاب السوائل
  • مُساعد كبير في السن (اختياري)
  • مكواة (اختياري)
  • زيت نباتي (اختياري)
  • كحول تنظيف (اختياري)

الإعداد للتجربة

  • ضع الطبقين بجوار أحدهما الآخر على مساحة عملك.
  • قُصّ ورقتين كبيرتين إلى نصفين بالعرض، ثم اطوِ كل نصفِ إلى نصفين، لتكوِّن بطاقتين مطويتين.
  • املأ الزجاجة البخّاخة بالماء، وضعها جانبًا.

الخطوات

  • ضع كريم الحلاقة على الطبقين، ووزِّعه بيديك أو بملعقة لتصنع طبقةً ذات مساحة كافية لبطاقتك الورقيّة، وذات عمق نحو نصف بوصة. ما ملمس كريم الحلاقة؟ هل يشبه المواد السائلة أم المواد الصلبة؟
  • أضِف بعضَ قطرات من اللون الأول من المُلَوِّنات الغذائيّة فوق كريم الحلاقة باستخدام قطّارة طبيّة، أو قطِّرها مباشرة من الزجاجة، افعل هذا في الطبقين. ماذا يحدث للون بمجرّد تقطيره فوق كريم الحلاقة؟ هل يمتزج بالرغوة أم يغوص فيها أم يطفو فوقها؟
  • كرِّر الشيء نفسه مع جميع ملوِّنات الطعام التي تريد استخدامها، هل تتصرَّف جميع الألوان بنفس الطريقة؟ هل ترى نمطًا لونيًا يتشكَّل على سطح الرغوة؟
  • بعد ذلك، استخدم خلّة الأسنان لإحداث دوامات في اللون الموجود على كريم الحلاقة، حتى تُشَكِّل النمط اللوني الذي يُعجبك، حاول ألا تُفرِط في خلط الألوان، ماذا يحدث حينما تُدوّر الألوان؟ هل تختلط مع كريم الحلاقة أم تبقى منفصلة؟
  • استخدم الزجاجة البخّاخة لرشّ بعض الماء على النمط اللونيّ في أحد الطبقين، استخدم على الأقل من خمس إلى 10 رشات من الماء، ثم اترك الرغوة تهدأ لدقيقة واحدة. هل بدا النمط اللوني مختلفًا بمجرّد رشّ الماء فوقه؟ كيف يختلف عن النمط اللونيّ في الطبق الآخر؟
  • ضع الوجه الأماميّ للبطاقة الأولى على سطح كريم الحلاقة واضغطها برفق بحيث تغطَّى كريم الحلاقة بالكامل.
  • كرِّر العمليّة مع البطاقة الثانية والطبق الثاني.
  • ارفع البطاقتين برفق من فوق كريم الحلاقة، واقلبهما ثم أَزِل الكريم المتبقي من على سطح البطاقتين باستخدام العصي الخشبية المسطحة. ماذا رأيت على الورقة بمجرد إزالة الكريم؟ هل تلاحظ اختلافًا بين البطاقتين؟ هل تستطيع تفسير النتائج؟
  • اترك البطاقتين تجفّان، إذا تجعَّدت الورقة فبإمكانك أن تطلب من شخصٍ كبير كيّها برفقٍ على أقل درجة حرارة ممكنة، مع وضع ورقةٍ أخرى بين بطاقتك والمكواة.
  • خطوة إضافية: حاول اللعب بمزيدٍ من الألوان وبأنماط مختلفة من الدوامات وبأحجام مختلفة من الورق. كم نمطًا مختلفًا كوَّنت؟
  • خطوة إضافية: ماذا يحدث إذا رششتَ الزيت أو كحول التنظيف بدلًا من الماء على سطح النمط اللوني الخاصّ بك؟ هل ستختلف النتائج؟ استخدم قليلًا من الزيت النباتيّ وكحول التنظيف لتعرف النتيجة!

الملاحظات والنتائج

هل تمكنتَ من صنع بطاقات ورقيّة مُرَخَّمةٍ جميلة؟ يعمل أسلوب ترخيم كريم الحلاقة بشكلٍ مشابهٍ جدًا للأسلوبين الآخرين المشروحين في بداية المقال. كريم الحلاقة مصنوع من خليطٍ من الصابون والماء مع غازٍ يُحوِّل السائل إلى رغوة عند رشّها من الزجاجة.

الصابون مادة خافضة للتوتر السطحي، مما يعني أن الجزيء منها ذو طرفٍ محبّ للماء وطرفٍ كارهٍ للماء. المُلَوِّنات الغذائية السائلة خليطٌ من صبغةٍ في الماء أو الكحول، وهي محبةٌ للماء، حينما تُقَطِّرُ الملوِّن الغذائيّ على كريم الحلاقة فلن يتخلّلها، لأنّه لا يتفاعل سوى مع الأجزاء المُحبَّة للماء من جزيئات الصابون، بينما تصدّه الأجزاء الكارهة للماء، وحتّى إذا أحدثت دوامات في اللون باستخدام خلّة أسنان، سيظلّ بإمكانك رؤية انفصالٍ واضحٍ بين اللون وكريم الحلاقة.

حينما تضع الورقة فوق النمط اللوني، فإن صبغة الطعام تتخلل الورقة، ناقلة النمط اللوني كاملًا إلى سطح الورقة، لأن الورق مصنوع من لُباب الخشب، الذي يتكوَّن أساسًا من السليلوز الموجود في جدران خلايا النباتات الخضراء، وهو جزيء محبٌّ للماء.

تنتشر صبغة الطعام المُحبّة للماء بسهولة في الورقة، مكوِّنة نمطًا رخاميًا جميلًا، لكن حينما ترشّ الماء على النمط اللوني الخاصّ بك قبل أن تضع الورقة فوقه، تختلط صبغة الطعام مع الماء، فتُحْمَلُ إلى الطبقات الأعمق من الرغوة، وربما لاحظتَ أن النمط اللوني الخاص بك يبدو باهتًا بعد إضافة الماء، وبالفعل يبدو النمط على الورقة أبهتَ بكثيرٍ من الورقة الأخرى، لكنه لا يقلّ عنه جمالًا!

التنظيف

استخدم المناشف الورقيّة لإزالة كريم الحلاقة من الأطباق، ثم تخلَّص من كل شيء في القمامة، بعد غسل الأطباق بالماء الساخن والصابون بإمكانك استخدامها من جديد، لا تتخلّص من بطاقاتك، فربما تودّ إرسالها لأسرتك وأصدقائك!

قدّمنا لكم هذا النشاط بالاشتراك مع ساينس باديز.