Chemija, kaip sukurti rekordinį milžinišką muilo burbulą

Burbulas;e Pexelis

2015 m. liepos 20 d. Gary Pearlman ir nedidelė entuziastų grupelė susirinko į parką Klivlande, Ohajo valstijoje, siekti pasaulio rekordo. Tikslas: sukurti didžiausią laisvai plaukiojantį muilo burbulą istorijoje.

Pearlman įrangą sudarė pora meškerių, tarp kurių buvo pririšta virvelė. Jis panardino stygą į specialų vandens, muilo ir polimerų priedų mišinį ir pakėlė į orą. Tai pakėlė tirpalą, sukuriant ploną muilinės plėvelės lakštą. Pearlmanui mojuojant strypais, oro judėjimas ištempė ir pratęsė muiluotą plėvelę, sudarydamas milžinišką burbulą.

Tuo pačiu metu nepriklausomi stebėtojai nufotografavo burbulą įvairiais kampais, kad galėtų apskaičiuoti jo tūrį. Paaiškėjo, kad jis buvo 96,27 kubinio metro (3 399,74 kubinių pėdų) – didžiausias kada nors išmatuotas. Tą dieną Pearlman teisėtai užėmė savo vietą Gineso rekordų knygoje

Mokslo pasiekimų panteone milžiniškų muilo burbulų kūrimas, deja, neįvertinamas. Ir vis dėlto tai kelia galvosūkių rinkinį, kuris sužavėjo Stepheną Frazierį ir jo kolegas iš Emory universiteto Atlantoje.

Jie pabrėžia, kad burbulas yra pagamintas iš trapios, vos kelių mikrometrų storio plėvelės, tačiau rekordinio Pearlmano milžino plotas turėjo būti didesnis nei 100 kvadratinių metrų. Dėl vienos skylės burbulas gali sprogti. Kaip kuriami tokie dideli filmai ir kaip jie išlieka stabilūs? paklauskite Frazier ir kt.

Šiandien komanda pateikia keletą atsakymų. Šie vaikinai ištyrė muilo plėvelių savybes ir tai, kaip jos keičiasi, kai pridedami įvairių rūšių polimerai. Rezultatai suteikia unikalią įžvalgą apie burbulų susidarymo mokslą ir atmosferos sąlygas, palankiausias bandymams pasiekti pasaulio rekordus.

Pirmiausia šiek tiek fono. Burbulų entuziastai jau seniai diskutavo apie geriausius mišinius savo menui. Tiems, kurie domisi milžiniškų burbulų gamyba, Muilo burbulas Wiki Jame yra daug empirinės informacijos ir optimalių burbulų sprendimų receptų, sako Frazier ir kt.

Sutariama, kad geriausiuose burbulų mišiniuose yra vandens, ploviklio indų plovimo skysčio pavidalu (atrodo, kad mėgstamiausias yra „Dawn Pro“) ir polimerų mišinio, ilgos grandinės molekulių, kurios padidina skysčio klampumą. Populiariausi polimerai yra polietileno oksidas (taip pat vadinamas polietilenglikoliu), dažnai naudojamas odos kremuose, ir guaro derva – įprastas maisto tirštiklis, išgaunamas iš guaro pupelių.

Polimerai yra svarbūs. „Soap Bubble Wiki“ rašoma, kad be jų beveik neįmanoma sukurti milžiniškų burbulų. Tačiau tai, ką jie daro, yra menkai suprantama. Tikslus polimerų vaidmuo yra šiek tiek paslaptis, sako wiki.

Įeina Frazier ir bendradarbiai, kurie tiria kai kurias savybes, kurias polimerai suteikia burbulų mišiniams. Mes nustatome kai kuriuos pagrindinius fizinius mechanizmus, kurie sukelia milžiniškus burbulus, sako jie.

Jų metodas yra paprastas. Jie sukuria daugybę mišinių, pagamintų iš vandens, Dawn Pro ir įvairios koncentracijos guaro dervos arba polietileno oksido. Ir jie tiria šių skysčių savybes dviem skirtingais būdais.

Pirmiausia jie atlieka lašėjimo testą, kurio metu susidaro lašelis, o po to nukrenta iš pipetės. Šį procesą jie filmuoja naudodami didelės spartos kamerą. Visų pirma, jie tiria, kaip tuo metu, kai lašas nukrenta, tarp lašo ir pipetės susidaro siūlas.

Jie taip pat sukuria plėvelės lakštą naudodami virvelę, panardintą į skystį. Jie naudoja infraraudonųjų spindulių jutiklį, kad išmatuotų šios plėvelės storį, kaip ji kinta prieš plyšstant lakštui ir kaip polimerai gali pratęsti šį tarnavimo laiką.

Rezultatai leidžia įdomiai skaityti. Tvirčiausi burbulų formavimo sprendimai yra tie, kurie leidžia jungiamąjį siūlą nuolat traukti nenutrūkstant. nesunku įsivaizduoti, kad polimerų su ilgesnėmis grandinėmis pridėjimas vis didėjančiomis koncentracijomis yra geriausias būdas tai padaryti.

Tačiau Frazier ir bendradarbiai teigia, kad rezultatai to nepatvirtina. Pasak jų, patvariausi burbuliukų kūrimo sprendimai turi vidutinę koncentraciją ir įvairių molekulinių masių polimerų mišinį, leidžiantį į plėvelę nenutrūkstamai traukti didelį kiekį skysčio.

Jie tai rodo pridėję polietileno oksido, kuris buvo sąmoningai suardytas saulės šviesoje per šešis mėnesius. Proceso metu saulės šviesa būtų suskaidžiusi molekules į trumpesnes grandines, sukurdama įvairaus ilgio mišinį. Pasirodo, tai sukuria patikimiausią sprendimą.

Kodėl tai veikia, yra galvosūkis. Frazier ir bendrai iškelia hipotezę, kad trumpesnės grandinės veikia kaip jungtys tarp ilgiausio ir didžiausio tirpalo polimerų. Mūsų žiniomis, šio elgesio įrodymai literatūroje nepateikti ir paliekami būsimiems tyrimams, orientuotiems į ekstensinę reologiją, sako jie.

Tyrimas taip pat šiek tiek atskleidžia atmosferos sąlygas, geriausiai tinkančias milžiniškiems burbulams gaminti. Pagrindinis veiksnys yra muilinės plėvelės ilgaamžiškumas: ilgesnės trukmės plėvelės leidžia susidaryti didesniems burbulams.

Polimeriniai priedai padidina ilgaamžiškumą, bet niekas nežino, kodėl. Viena iš galimybių yra ta, kad jie daro plėveles storesnes. Kitas dalykas – polimerai neleidžia vandeniui nutekėti iš plėvelės ir taip prailgina jos tarnavimo laiką.

Frazier ir bendradarbiai įgijo šiek tiek supratimo apie šią mįslę. Jie sako, kad pagrindinis veiksnys stiprinant plėvelę yra polimero koncentracija joje, kuri didėja pašalinus vandenį. Tačiau jei pašalinama per daug vandens, plėvelė tampa per plona ir lūžta. Taigi darbe yra kruopšti pusiausvyra.

Du veiksniai gali pašalinti vandenį. Pirmoji – gravitacija, kuri nuleidžia vandenį iš muiluotos plėvelės. Antrasis – išgaravimas, reikšmingas dėl didžiulio plėvelės paviršiaus ploto.

Frazier ir bendradarbiai teigia, kad jų eksperimentų metu padidinus drėgmę taip pat pailgėja burbulo tarnavimo laikas. Tai rodo, kad garavimą reikia sumažinti iki minimumo, kad plėvelė netaptų per plona. Nenuostabu, kad daugelis burbulų entuziastų renkasi šiltas, drėgnas vasaros dienas didžiausiems burbulams gaminti, sako jie.

Tai įdomus darbas, kuris suteikia naują šviesą plonų plėvelių fizikai. Tai taip pat atskleidžia anksčiau nežinomą poveikį, kai skirtingų ilgių polimerai sąveikauja, kad padidintų plėvelės stiprumą. Tai poveikis, kurį reikia ištirti išsamiau.

Tai taip pat darbas, kuris Gary'iui Pearlmanui gali būti naudingas, jei jis ateityje bandytų įveikti savo pasaulio rekordą.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1908.00537 : Kaip padaryti milžinišką burbulą

paslėpti