פרויקטים מדעיים על הפרדת נפט ומים

בעוד ששמן ומים אינם מתערבבים וכך הם ייפרדו באופן טבעי, זה יכול להיות קשה להסיר את השמן מהמים. דליפות נפט גדולות, כמו דליפת מכלית אקסון ואלדז בשנת 1989 ותקרית BP Deepwater Horizon בשנת 2010, מדגישות את חשיבות הנושא הזה. ישנם מספר פרויקטים מדעיים מעניינים, נעים בין פשוטים למתקדמים, המדגימים גישות שונות להפרדת נפט.

פרויקט אחד שתוכלו לעשות עם שמן ומים הוא להראות את ההפרדה הטבעית בין שני הנוזלים. שים מעט מים במיכל שקוף והוסף צבעי מאכל בכדי להפוך את ההפרדה לברורה יותר. יוצקים מעט שמן; זה יכול להיות שמן בישול, שמן מנוע או סוג אחר. השמן יכול בתחילה לרדת לקרקעית בגלל כוח הנפילה, אך הוא יעלה במהירות לשכב על גבי המים. אם מכסים את המיכל והופכים אותו הפוך, השמן עדיין יעשה את דרכו למעלה. ניסוי זה מראה שני עקרונות מדעיים. ראשית, המים והשמן אינם מתערבבים מכיוון שהם שונים מאוד מבחינה כימית. המים הם קוטביים, כלומר לכל מולקולה יש חלקים עם מטענים חשמליים חיוביים ושליליים קטנים. הנפט אינו מאוד קוטבי, ולכן הוא אינו מתערבב היטב עם נוזלים קוטביים. כמו כן, צפיפות השמן נמוכה יותר ממים, ולכן הוא עולה באופן טבעי, ממש כמו שבלון הליום עולה באוויר.

קח את המיכל המחזיק מים ושמן וטלטל אותו בעוצמה. התערובת תהפוך עכורה ולא תראו שתי שכבות ברורות יותר. הכנתם מה שמכונה אמולסיה. תחליב הוא תערובת של שמן ומים בצורת טיפות זעירות של שני הנוזלים. כמה מאכלים נפוצים שאנו אוכלים הם תחליבים של שמן ומים, כמו רוטב לסלט. דליפת נפט באוקיאנוס גלי עלולה ליצור תחליב, מה שמקשה על ההפרדה בין הנפט. אתה יכול להתנסות בדרכים לשבור את התחליב. תן לאמולסיה שלך לשבת ללא הפרעה לזמן מה והשמן עלול להוות שוב שכבה נפרדת. הוספת מלח לתערובת היא אחת הדרכים להאיץ את התהליך; המלח מתמוסס במים והופך אותו לקוטבי עוד יותר ופחות מעורבב עם השמן.

דרך נוספת להפריד נפט ומים היא לספוג את השמן. רוב החומרים הסופגים בהם אנו משתמשים, כמו מגבות נייר, טובים יותר בספיגת מים, אך רפידות העשויות מפוליפרופילן פועלות בצורה הפוכה. הסיבה לכך היא שפוליפרופילן אינו קוטבי כמו השמן ולכן מעדיף לספוג את שכבת השמן. ניתן לרכוש רפידות פוליפרופילן בחנויות לאספקת רכב ובאחרים. ניסויים אפשריים יכולים לכלול בדיקה איזה סוג של רפידות עובד הכי טוב וכמה זמן לוקח לספוג כמות מוגדרת של שמן.

מים יהפכו פחות צפופים כאשר הם מוקפאים לקרח וזה נותן לנו טכניקה נוספת להפרדת נפט ומים. למרות שזה לא יהיה מעשי בקנה מידה גדול, אתה יכול להשתמש בו בקנה מידה קטן כדי להמחיש כיצד צפיפות משתנה עם הטמפרטורה. הכניסו מעט מים ושמן למיכל קעור, כמו קערת פלסטיק. השמן יעלה למעלה. הכניסו את המיכל למקפיא לכמה שעות ואז הוציאו אותו. במיכל יהיה כעת השמן בתחתיתו, מתחת ללוח מים קפואים שאמורים להיות מסוגלים להסיר, וכך להפריד בין השניים.

באופן מוזר, ישנם חיידקים שיאכלו דליפות שמן. אחד מחיידקים כאלה שמדענים התנסו בהם הוא פסאודומונס. ניתן לערוך ניסוי מאתגר אך מרתק על ידי ערבוב מושבות של פסאודומונס עם סוגים שונים של שמנים וחומרים מזינים ולראות אילו תנאים נותנים את הצמיחה החיידקית הטובה ביותר תעריפים. ניסוי מסוג זה צריך להיעשות תמיד בזהירות, מכיוון שכמה זנים של פסאודומונס עלולים לגרום למחלות בבני אדם.