المفاهيم الأساسية

الكيمياء

الجزيئات

الطفو

الكثافة

القطبية

مقدمة

هل رأيت من قبل مصباحًا للحمم؟ قد تبدو تلك المصابيح معقدة، ولكن يمكنك صنع المصباح الخاص بك باستخدام لوازم المطبخ الشائعة. جرب هذا النشاط لتكتشف كيفية صنعه!

معلومات أساسية

إذا نظرت في أرجاء مطبخك، فستجد على الأرجح الكثير من السوائل المختلفة، ومن ضمنها الماء، والعصير، والحليب، والزيت. العديد من هذه السوائل له خواص مختلفة يمكنك رؤيتها، ولمسها، وتذوُّقها. على سبيل المثال، الحليب غير شفاف وأبيض، أما الماء فهو شفاف ورائِق، والزيت له قوام "لزج" يجعل من الصعب تنظيفه إن سكبته.

لكل سائل من تلك السوائل خواص أخرى أيضًا، قد لا تكون واضحة جدًّا لأنك لا تستطيع "رؤيتها" بسهولة. على سبيل المثال، لجميعها كثافات مختلفة (الكثافة هي مقدار الكتلة لكل وحدة حجم). للكثير من السوائل الشائعة في المنزل مثل العصير والحليب كثافة قريبة جدًّا من كثافة الماء، لذا قد لا تلاحظ فرقًا. أما الزيت فله كثافة أقل من الماء، وهذا يعني أنه يمكن أن يطفو على سطح الماء. (فهو ذو قدرة على الطفو). يمكنك أن ترى هذا إذا حاولت وضع بضع قطرات من الزيت في كوب من الماء؛ إذ سوف تطفو على السطح.

تتكوَّن السوائل جميعها من جزيئات لها خواص كيميائية متباينة. فبعض الجزيئات قطبية، وهو ما يعني أن لها شحنات كهربائية غير متوازنة. وتميل هذه الجزيئات إلى الامتزاج فيما بينها أكثر من امتزاجها مع جزيئات غير قطبية، تتوزع فيها الشحنات بالتساوي. يمكنك ملاحظة هذا إذا حاولت خلط سوائل مختلفة معًا. على سبيل المثال، من السهل جدًّا مزج العصير والحليب أو الماء وملوِّنات الطعام الصحية. أما إذا حاولت مزج الماء بالزيت فإن السائلين "يرغبان" في أن يظلا منفصلَين، حتى وإن قلّبتهما بقوة.

ما الذي يمكنك عمله بالاستعانة بكل هذه المعلومات؟ في هذا المشروع ستستخدم هذه المعلومات لصنع مصباح الحمم الخاص بك!

المواد المستخدمة

  • كوب زجاجي شفاف
  • مياه الصنبور
  • زيوت نباتية أو معدنية
  • ملوِّن طعام
  • أقراص فوارة مثل أقراص ألكا سيلتزر للحموضة
  • مصباح يدوي (اختياري)

الإعداد للتجربة

جهِّز منطقة عمل يمكنك فيها بسهولة إزالة أي سوائل منسكبة، مثل طاولة المطبخ.

خطوات التجربة

  • املأ ربع الكوب الزجاجي تقريبًا بالماء.
  • أضف عدة قطرات من ملون الطعام.
  • املأ بقية الكوب بالزيت (لا تملأه حتى الحافة).
  • قسّم قرصًا فوارًا مثل قرص ألكا-سيلتزر إلى أربع قطع متساوية الحجم تقريبًا.
  • أسقط إحدى القطع في الكوب. ماذا يحدث؟
  • انتظر حتى تتوقف الفقاعات، ثم أسقط قطعةً أخرى في الكوب. كم تستغرق الفقاعات لكل قطعة؟
  • نشاط إضافي: أوقف ﻣﺼﺒﺎحًا يدويًّا كبيرًا منتصبًا على نهايته، جاعلًا ضوءَه موجّهًا ﻷﻋﻠﻰ، وﺿَﻊ الكوب فوق المصباح. أطفئ الأضواء في الغرفة وأضئ المصباح اليدوي.

أسقط قطعةً أخرى من الحبوب الفوارة في الكوب، وبذلك تكون قد صنعت مصباح حمم!

  • نشاط إضافي: جرب النشاط بدرجات حرارة مختلفة للماء. كيف تؤثر درجة حرارة الماء على نتائجك؟
  • نشاط إضافي: جرب أن تستخدم نصف قرص أو حتى قرصًا كاملًا على الفور دون تقسيمه. ماذا يحدث؟
  • نشاط إضافي: جرب أن تصب بعض الملح في كوبك الزجاجي بدلاً من استخدام قرص فوار. ماذا يحدث؟
  • نشاط إضافي: جرب أن تعكس الترتيب الذي تضيف به المواد إلى الكوب. ماذا يحدث إذا صببت الزيت في البداية، ثم أضفت الماء وملون الطعام؟
  • نشاط إضافي: راجع المعلومات في قسم "معلومات أساسية". جرب صنع مصباح حمم بسوائل مختلفة يمكنك أن تجدها في مطبخك. أي توليفات السوائل ينجح، وأيها لا ينجح؟ هل يمكنك استنتاج السبب؟

الملحوظات والنتائج

عندما تصب الزيت في الكوب، سترى أنه لا يمتزج مع الماء؛ إذ يشكل طبقة منفصلة وواضحة في الأعلى. وهذا يحدث لسببين: الأول، أن للزيت والماء كثافتين مختلفتين؛ فالزيت أخف، لذلك يبقى في الأعلى. السبب الثاني هو أن جزيئات الماء (وملوِّن الطعام) قطبية، لذا ينجذب أحدها إلى الآخر بقوة. أما جزيئات الزيت فليست قطبية، لذا فهي لا تمتزج مع الماء أو ملوِّن الطعام. هذا هو السبب في أنك سوف تحصل على النتيجة نفسها أيًّا كان الترتيب الذي تصب به المواد في الكوب؛ إذ سوف يهبط الماء وملوِّن الطعام دائمًا إلى القاع بدلاً من الامتزاج بالزيت.

عندما تُسْقِط قرص الفوار في الكوب، فإنه يهبط إلى القاع. يهبط القرص مباشرةً عبر الزيت دون حدوث أي تفاعل كيميائي. ولكن عندما يلمس الماء، يحدث تفاعُل كيميائي يُطْلِق فقاعات غاز ثاني أكسيد الكربون. هذه الفقاعات أقل كثافةً من الماء أو الزيت، ومن ثَم فإنها تطفو إلى الأعلى، لكنها "تلتصق" بالماء قليلًا، ساحبةً معها بعض قطرات الماء إلى الأعلى نحو السطح. وعندما تصل فقاعات الغاز وقطرات الماء إلى السطح، تنفجر فقاعات الغاز وتهبط قطرات الماء إلى القاع، وهو ما يصنع تأثير مصباح الحمم.

وسوف ينتهي الأمر بقرص الفوار إلى أن يُستهلَك تمامًا، وسيتوقف التفاعل الكيميائي. وإذا تركت الكوب ساكناً، فستهبط جميع قطرات الماء إلى القاع. (تذكر، إنها لا تمتزج مع الزيت). ولكن ما دام لديك المزيد من أقراص الفوار، يمكنك إبقاء التفاعل مستمرًّا!

تنظيف محيط التجربة

لا تصب كل ذلك الزيت في البالوعة! إذ يمكن أن يسبب انسدادًا خطيرًا. اطلب من شخص بالغ أن يساعدك في التخلُّص منه. قد تشمل الخيارات وضعه في وعاء محكم الغلق في سلة المهملات أو صبه في الخارج.

إذا لزم الأمر، استخدم مناشف لتنظيف أي ماء أو زيت مسكوب.

اكتشف أكثر

اصنع مصباح حمم يعمل بـالأقراص الفوارة، من ساينس باديز

اصنع بنفسك مصباح الحمم، من ساينس باديز

ألعاب نارية تحت الماء باستخدام علم الكيمياء، من مجلة "ساينتفك أمريكان"

طبقات من السوائل، من مجلة "ساينتفك أمريكان"

أنشطة علمية لجميع الأعمار، من أصدقاء العلوم

هذا النشاط مقدمٌ لكم بالشراكة مع ساينس باديز