Хотя масло и вода не смешиваются и поэтому разделятся естественным образом, на самом деле удалить масло из воды может быть сложно. Крупные разливы нефти, такие как разлив нефти на танкере Exxon Valdez в 1989 году и инцидент с BP Deepwater Horizon в 2010 году, подчеркивают важность этой проблемы. Есть несколько интересных научных проектов, от простых до сложных, которые иллюстрируют различные подходы к разделению нефти.
Естественное разделение
Один из проектов, который вы можете сделать с маслом и водой, - это показать естественное разделение двух жидкостей. Налейте немного воды в прозрачную емкость и добавьте пищевой краситель, чтобы разделение было более заметным. Налейте немного масла; это может быть растительное масло, моторное масло или другое масло. Сначала масло может упасть на дно из-за силы падения, но оно быстро поднимется, чтобы лечь на воду. Если вы закроете емкость крышкой и перевернете ее вверх дном, масло все равно будет течь вверх. Этот эксперимент показывает два научных принципа. Прежде всего, вода и масло не смешиваются, потому что они очень разные химически. Вода полярна, что означает, что каждая молекула имеет части с небольшими положительными и отрицательными электрическими зарядами. Масло очень неполярное, поэтому плохо смешивается с полярными жидкостями. Кроме того, плотность масла ниже, чем у воды, поэтому оно естественным образом поднимается вверх, как воздушный шар с гелием, поднимающийся в воздухе.
Разделение эмульсии
Возьмите емкость с водой и маслом и энергично встряхните. Смесь станет мутной, и вы больше не увидите двух очевидных слоев. Вы сделали так называемую эмульсию. Эмульсия - это смесь масла и воды в виде крошечных капелек двух жидкостей. Некоторые распространенные продукты, которые мы едим, представляют собой эмульсии масла и воды, например заправку для салатов. При разливе нефти в волнистом океане может образоваться эмульсия, из-за чего масло трудно отделить. Можно поэкспериментировать со способами разрушения эмульсии. Оставьте эмульсию на некоторое время в покое, и масло снова может образовать отдельный слой. Добавление соли в смесь - один из способов ускорить процесс; соль растворяется в воде и делает ее еще более полярной и менее склонной к смешиванию с маслом.
Абсорбция
Еще один способ отделить масло от воды - впитать масло. Большинство используемых нами впитывающих материалов, таких как бумажные полотенца, лучше впитывают воду, но прокладки из полипропилена работают наоборот. Это связано с тем, что полипропилен неполярен, как масло, и поэтому предпочитает абсорбировать масляный слой. Прокладки из полипропилена можно купить в магазинах автозапчастей и других торговых точках. Возможные эксперименты могут включать проверку того, какая марка колодок работает лучше всего и сколько времени нужно, чтобы впитать заданное количество масла.
Температура
При замораживании льда вода станет менее плотной, и это дает нам еще один способ разделения масла и воды. Хотя это было бы непрактично в большом масштабе, вы можете использовать его в мелком масштабе, чтобы проиллюстрировать, как плотность изменяется с температурой. Налейте немного воды и масла в вогнутую емкость, например пластиковую. Масло поднимется наверх. Поместите емкость в морозильную камеру на несколько часов, а затем выньте ее. Теперь на дне емкости будет масло, под пластиной замороженной воды, которую вы сможете удалить, таким образом разделив их.
Биоремедиация
Как ни странно, есть бактерии, которые съедят разливы нефти. Одна из таких бактерий, с которой экспериментировали ученые, - это Pseudomonas. Сложный, но увлекательный эксперимент можно провести, смешав колонии Pseudomonas с различные типы масел и питательных веществ и определение условий, обеспечивающих лучший рост бактерий тарифы. Этот тип экспериментов всегда следует проводить с осторожностью, поскольку некоторые штаммы Pseudomonas могут вызывать заболевания у людей.