Если масло растительное смешать с водой

Взболтать, но не смешивать

Все знают, что вода с маслом не смешивается.

Кто помнит школьную физику, легко назовёт третью жидкость, не смешивающуюся с этими двумя: ртуть.

Вопрос: а сколько всего известно взаимно нерастворимых жидкостей при условиях, близких к нормальным?

Авторы этой работы собрали семь. Правда, повторять их опыт дома решительно не хочется, ибо в списке ингредиентов присутствуют анилин, ртуть, и такая «прелесть», как расплавленный (!) белый фосфор. Чертовски горючий, ядовитый, заслуженно полагаемый за это сочетание оружием, заставляющий вновь помянуть урановые ломы в ртути.

Тогда вопрос №2: а сколько можно найти взаимно несмешиваемых жидкостей, которые не страшно принести домой, чтобы показать демку детям?

Мне удалось собрать пять. Собственно, их сливанием вот в эту пробирку мы в статье и займёмся.

1. Рафинированное растительное масло:

В данном случае из виноградных косточек. Состоит оно главным образом из эфиров линолевой и олеиновой кислот. Слово «кислота» пусть не введёт никого в заблуждение. Обе молекулы — это главным образом длинные углеводородные «хвосты» вида *-(CH₂)_n-CH₃. Они и отвечают за гидрофобность. По какой причине вместо масла вполне годится любой жидкий углеводород (пентан, гексан) или их смесь (бензин, керосин). Однако масло менее огнеопасно и покупается в обычном продуктовом магазине.

2. Подкрашенная голубой краской вода H₂O:

3. Силиконовое масло:

Силиконовое масло — это смесь низкомолекулярных полимеров с общей формулой вида (C₂H₆OSi)_n. Добытая на Амазоне разновидность используется как загуститель красок и оказалась вязка, как хороший мёд. Если повторять опыт, стоит поискать более текучие разновидности.

Эта жидкость «устаканилась» между водой и маслом, в соответствии с промежуточным значением своей плотности.

4. Расплавленный галлий Ga:

Галлий плавится при +29.8 C. Поэтому пробирка на время помещена в банку с тёплой водой.

Коллекционные количества галлия легко приобретаются в интернете, хотя бы на Амазоне. Металл этот достаточно безопасен, чтобы брать его в руки, и не образует ядовитых испарений. Однако, соприкасаясь с твёрдыми поверхностями и кожей, сильно пачкает их тёмным слоем оксида галлия. Этот оксид растворим в пищевых кислотах, а растворимые соли галлия могут быть и токсичными. Поэтому после работы всё, что с галлием соприкасалось, надо отмывать от его оксида. Обыкновенная тёплая мыльная вода прекрасно справляется с этой задачей.

5. И последнее вещество — перфтородекалин (perfluorodecalyn) C₁₀F₁₈:

Эта жидкость заметно тяжелее воды, поэтому собралась над галлием. Состоит она исключительно из фтора и углерода:

В Штатах производители продают это вещество только бизнесам, имеющим легитимную потребность в работе с ним. К счастью, незначительные его количества (5-10 грамм) вполне законно приобретаются у частных лиц на eBay.

Ядовитым в строгом смысле этого слова перфтородекалин не является. Его даже добавляют в некоторые виды косметики, а близкородественные ему соединения используют в качестве основного компонента искусственной крови. Однако пары более лёгких его «родственников» вызывают отключку сознания и используются для наркоза, и мне не хотелось проверять, обладает ли конкретно эта жидкость теми же свойствами. Кроме того, в вопросе о воздействии его на глаза найденные статьи демонстрировали странное разногласие. Так что работал я с ним в очках, перчатках, на открытом воздухе, и не подпускал зрителей к пробирке слишком близко. На всякий случай.

6. Конечное состояние

Качественно перемешав все жидкости стеклянной палочкой, я дал им денёк отстояться, и получил в итоге вот такую картину:

Любопытно, что между некоторыми компонентами возникли тонкие слои дополнительных фаз, вероятно, из-за небольшой взаимной растворимости.

Написал конструктор, напиши и деструктор

Что со всей этой смесью потом делать?

Воду и масло спокойно выливаем. Силиконовое масло — в мусор. Конечные продукты его разложения — вода, углекислый газ и песок, хотя процесс этот небыстрый.

Галлий можно собрать пипеткой, слить в спичечный коробок, заморозить и держать дома для будущих опытов. Только не замораживайте его в стеклянной посуде. Этот металл здорово расширяется при застывании и рвёт её в клочья:

Если всё-таки не хочется держать галлий дома, везите его на свалку для тяжёлых металлов и/или токсичных отходов. Или подарите знакомым химикам, пусть найдут ему применение.

Сложнее всего избавиться от перфтородекалина. Вещество это химически настолько стойкое, что разрушить его в домашних условиях до безопасных компонент практически невозможно. Из-за той же стойкости разлагаться в природе оно будет тысячелетиями, путями не вполне понятными, и с неясным пока воздействием на биосферу за всё это время. Так что, по-хорошему, я бы рекомендовал связаться с организациями, перерабатывающими отходы от настоящих химических лабораторий, и сдать перфтородекалин им. Можно через знакомых химиков, что я и сделал.

Спасибо за чтение, хорошего всем дня! Кому надо, вот PDF.

Источник

Х и м и я

Коллоидная химия

Взаимодействие «воды» и «масла».

Бытовые примеры

Силы межатомного притяжения. Ковалентная связь.

Полярные и неполярные ковалентные связи.

Неполярные ковалентные связи

Полярные ковалентные связи.

Молекулы дифильных веществ

Межмолекулярные силы. Силы Вандер Ваальса.

Ориентационные силы. Вода — полярный растворитель.

Дисперсионные силы. Масла – неполярные растворители.

Расслоение воды и масла.

Гидрофобность и гидрофильность.

Дифильность.

Поверхностно-активные вещества.

Взаимодействие жидкости и твёрдых поверхностей. Смачивание.

Бытовые примеры

В обычной бытовой жизни каждый из нас мог быть свидетелем некоторой «антипатии» между водой и маслянистыми жидкостями.

Например, каждый знает, как трудно отмыть жирные руки водой. Без использования мыла это сделать почти невозможно.

Известный факт: если в одной ёмкости смешать воду и масло, то через некоторое время произойдёт их расслоение. Вода, как более тяжёлая жидкость, соберётся в нижней части сосуда, а над ней появится плёнка масла.

Покрытые жиром перья птиц так хорошо отталкивают воду, что даже если птица полностью погрузиться в неё, то вынырнув, ей достаточно будет встряхнуться, чтобы вновь оказаться сухой.

Капли росы на листьях растений – ещё один пример взаимного отталкивания воды и жирной поверхности.

Листья растений покрыты тонкой плёнкой выделяемого ими воска. А воск – жироподобное вещество. Также как и масло, воск не смачивается водой.

Все растворители в химии делят на:

• неорганические (вода, растворы неорганических кислот и их солей) и
• органические (имеющие жирную природу).

А растворяемые вещества делят на:

Таким образом, мы имеем дело с системным отличием в свойствах двух больших классов соединений, как растворителей, так и растворимых веществ.

Разберёмся, с чем объясняются эти отличия.

Силы межатомного притяжения. Ковалентная связь.

Забегая вперёд, сразу скажем, что причина антипатии воды и масла кроется в принципиально разных силах, действующих между образующими их молекулами.

Но прежде, чем рассматривать межмолекулярные силы, необходимо рассмотреть силы межатомного притяжения. Именно они приводят к возникновению молекул и ответственны за различия межмолекулярных сил.

Сделаем это на примере водорода.

Водород – простейший атом. Он состоит из ядра (протона) и одного электрона, совершающего вращательное движение вокруг ядра.

Как известно, устойчивая молекула может возникнуть только при условии, что её потенциальная энергия меньше, чем суммарная потенциальная энергия образующих её атомов.

Английскому физику Ф. Лондону и работавшему в Англии немецкому физику В. Гейтлеру удалось получить уравнение, позволяющее найти зависимость потенциальной энергии Е системы, состоящей из двух атомов водорода, от растояния r между ядрами этих атомов. (Позднее их расчёты были подтверждены экспериментально.)

При этом оказалось, что результаты расчёта зависят от того, одинаковы или противоположны по знаку спины взаимодействующих электронов.

При совпадающем направлении спинов сближение атомов приводит к непрерывному возрастанию энергии системы. В этом случае для сближения атомов требуется затрата энергии, так что такой процесс оказывается энергетически не выгодным и химическая связь между атомами не возникает.

При противоположно направленных спинах сближение атомов до некоторого расстояния r₀ сопровождается уменьшением энергии системы. При r = r₀ обладает наименьшей потенциальной энергией, т.е. находится в наиболее устойчивом состоянии. Дальнейшее сближение атомов вновь приводит к увеличению энергии.

Говоря другими словами, если попытаться сблизить атомы водорода на растояние, меньшее, чем r₀, то между ними возникнет сила отталкивания, а если увеличивать расстояние между ними r > r₀, то возникнет сила притяжения, пытающаяся вернуть систему в состояние r = r₀.

Но это и означает, что в случае противоположно направленных спинов атомных электронов образуется молекула Н₂ – устойчивая система из двух атомов водорода, находящихся на определённом расстоянии друг от друга.

Образование химической связи между атомами водорода является результатом взаимопроникновения («перекрывания») электронных облаков, происходящего при сближении взаимодействующих атомов.

Вследствии такого взаимопроникновения плотность отрицательного электрического заряда в межъядерном пространстве возрастает. Положительно заряженные ядра атомов притягиваются к области перекрывания электронных облаков, что приводит к образованию устойчивой молекулы.

Химическая связь в молекуле водорода осуществляется путём образования пары электронов с противоположно направленными спинами, принадлежащей обоим атомам.

Такая двухэлектронная двухцентровая связь называется ковалентной.

Полярные и неполярные ковалентные связи.

Неполярная ковалентная связь

В случае большинства химических веществ, связь между атомами внутри молекул обеспечивается именно ковалентными связями. Но характер этой связи может отличаться.

Если двухатомная молекула состоит из атомов одного элемента, как, например, молекулы Н₂, N₂, Cl₂, и т.д., то каждое электронное облако, образованное общей парой электронов и осуществляющее ковалентную связь, распределяется в пространстве симметрично относительно ядер обоих атомов.

В подобном случае ковалентная связь называется неполярной.

Полярная ковалентная связь

Если же молекула состоит из атомов различных элементов, то общее электронное облако смещено в сторону одного из атомов, так что возникает ассиметрия в распределении заряда.

В таких случаях ковалентная связь назывется полярной.

Электроотрицательность химических элементов

Для оценки способности атома данного элемента оттягивать к себе общую электронную пару пользуются величиной относительной электроотрицательности.

Чем большее количество протонов содержит ядро атома элемента и чем меньше его радиус, тем выше будет его электротрицательность.

Понятно, что чем больше расстояние между ядром атома и его внешним электронным уровнем, тем меньше будет сила притяжения между ними и меньше будет поляризующий эффект.

Причём, если рассмотреть последовательность расположения элементов в периодической системе, то выяснится, что большее влияние на величину электроотрицательности будет оказывать, как раз увеличение радиуса элемента, а не массивность его ядра.

Наиболее электроотрицательные атомы окажутся в верхнем правом углу таблицы Менделеева, а наименее электроотрицательные – в нижнем левом углу.

В направлении, заданном этой диагональю (от Фтора F к Францию Fr) электроотрицательность элементов будет закономерно убывать.

Вот значения относительной элетроотрицательности некоторых элементов:

Относительная электроотрицательность атомов

Источник