โครงการวิทยาศาสตร์การแยกน้ำมันและน้ำ

แม้ว่าน้ำมันและน้ำจะไม่ผสมกันและจะแยกออกจากกันตามธรรมชาติ แต่อาจเป็นเรื่องยากที่จะเอาน้ำมันออกจากน้ำจริงๆ การรั่วไหลของน้ำมันขนาดใหญ่ เช่น การรั่วไหลของน้ำมัน Exxon Valdez ในปี 1989 และเหตุการณ์ BP Deepwater Horizon ในปี 2010 เน้นย้ำถึงความสำคัญของปัญหานี้ มีโครงการวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจหลายโครงการ ตั้งแต่แบบง่ายไปจนถึงขั้นสูง ซึ่งแสดงให้เห็นวิธีการแยกน้ำมันที่แตกต่างกัน

โครงการหนึ่งที่คุณสามารถทำได้ด้วยน้ำมันและน้ำคือการแสดงการแยกตัวตามธรรมชาติของของเหลวทั้งสองชนิด ใส่น้ำในภาชนะใสแล้วเติมสีผสมอาหารเพื่อให้การแยกสารชัดเจนยิ่งขึ้น เทน้ำมันลงไป น้ำมันพืช น้ำมันเครื่อง หรือชนิดอื่นๆ ก็ได้ ในตอนแรกน้ำมันอาจตกลงสู่ก้นบ่อเนื่องจากแรงที่ตกลงมา แต่น้ำมันจะลอยขึ้นอย่างรวดเร็วเพื่อนอนบนน้ำ หากคุณปิดฝาภาชนะและพลิกคว่ำ น้ำมันจะยังคงไหลไปด้านบน การทดลองนี้แสดงให้เห็นหลักการทางวิทยาศาสตร์สองประการ อย่างแรกเลย น้ำกับน้ำมันไม่ผสมกันเพราะเคมีต่างกันมาก น้ำมีขั้ว ซึ่งหมายความว่าแต่ละโมเลกุลมีชิ้นส่วนที่มีประจุไฟฟ้าบวกและลบเล็กน้อย น้ำมันเป็นน้ำมันที่ไม่มีขั้วมาก ซึ่งเป็นสาเหตุให้ไม่สามารถผสมกับของเหลวที่มีขั้วได้ดี นอกจากนี้ ความหนาแน่นของน้ำมันยังต่ำกว่าน้ำ ดังนั้นจึงเพิ่มขึ้นตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับบอลลูนฮีเลียมที่ลอยขึ้นไปในอากาศ

นำภาชนะใส่น้ำและน้ำมันเขย่าแรงๆ ส่วนผสมจะเปลี่ยนเป็นสีขุ่นและคุณจะไม่เห็นชั้นสองชั้นที่ชัดเจนอีกต่อไป คุณได้ทำสิ่งที่เรียกว่าอิมัลชัน อิมัลชันเป็นส่วนผสมของน้ำมันและน้ำในรูปของหยดเล็กๆ ของของเหลวทั้งสองชนิด อาหารทั่วไปที่เรากินคืออิมัลชันของน้ำมันและน้ำ เช่น น้ำสลัด การรั่วไหลของน้ำมันในมหาสมุทรที่เป็นคลื่นอาจก่อตัวเป็นอิมัลชัน ทำให้แยกน้ำมันได้ยาก คุณสามารถทดลองวิธีทำลายอิมัลชันได้ ปล่อยให้อิมัลชันของคุณไม่ถูกรบกวนสักครู่และน้ำมันอาจก่อตัวเป็นชั้นที่แยกจากกันอีกครั้ง การเติมเกลือลงในส่วนผสมเป็นวิธีหนึ่งในการเร่งกระบวนการ เกลือจะละลายในน้ำและทำให้มีขั้วมากขึ้น และมีโอกาสน้อยที่จะผสมกับน้ำมัน

อีกวิธีในการแยกน้ำมันออกจากน้ำคือการแช่น้ำมัน วัสดุดูดซับส่วนใหญ่ที่เราใช้ เช่น กระดาษเช็ดมือ ซับน้ำได้ดีกว่า แต่แผ่นรองที่ทำจากโพลีโพรพีลีนจะทำงานตรงกันข้าม เนื่องจากโพรพิลีนไม่มีขั้วเหมือนน้ำมัน จึงชอบดูดซับชั้นน้ำมัน แผ่นโพลีโพรพิลีนสามารถซื้อได้ที่ร้านจำหน่ายรถยนต์และร้านค้าอื่นๆ การทดลองที่เป็นไปได้อาจรวมถึงการทดสอบว่าแผ่นรองยี่ห้อใดทำงานได้ดีที่สุดและใช้เวลานานเท่าใดในการดูดซับน้ำมันตามปริมาณที่กำหนด

น้ำจะมีความหนาแน่นน้อยลงเมื่อถูกแช่แข็งเป็นน้ำแข็ง จึงเป็นอีกวิธีหนึ่งในการแยกน้ำมันและน้ำออกจากกัน แม้ว่าจะไม่สามารถใช้งานได้จริงในขนาดใหญ่ แต่คุณสามารถใช้ในระดับขนาดเล็กเพื่อแสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิอย่างไร ใส่น้ำและน้ำมันลงในภาชนะเว้า เช่น ชามพลาสติก น้ำมันจะขึ้นสู่ยอด ใส่ภาชนะในช่องแช่แข็งสองสามชั่วโมงแล้วนำออกมา ตอนนี้ภาชนะจะมีน้ำมันอยู่ด้านล่าง ใต้แผ่นน้ำแช่แข็งที่คุณควรจะเอาออกได้ จึงแยกทั้งสองออกจากกัน

น่าแปลกที่มีแบคทีเรียที่จะกินน้ำมันที่หก แบคทีเรียชนิดหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองด้วยคือ Pseudomonas การทดลองที่ท้าทายแต่น่าสนใจสามารถทำได้โดยการผสมอาณานิคมของ Pseudomonas เข้ากับ น้ำมันและสารอาหารประเภทต่างๆ และดูว่าสภาวะใดให้การเจริญเติบโตของแบคทีเรียได้ดีที่สุด ราคา. การทดลองประเภทนี้ควรทำด้วยความระมัดระวังเสมอ เนื่องจาก Pseudomonas บางสายพันธุ์สามารถทำให้เกิดโรคในมนุษย์ได้