שמונה ימים -
שמונה חנוכיות מדעיות

נר ראשון – חנוכייה אנרגטית מחטיפים

בחנוכה בדרך כלל צורכים קלוריות, אנחנו החלטנו לשרוף אותן. החנוכייה הראשונה שלנו עשויה מחטיפים. החטיפים המלוחים מכילים בדרך כלל אחוז גבוה של פחמימות ושמן, שהם חומרי בעירה מצוינים.

העובדה שמאכל דליק לא אומרת שהוא מסוכן או לא בריא, אלא רק שיש בו אנרגיה. את האנרגיה שבמזון מודדים בקלוריות. מבחינת הגדרה, קלוריה אחת היא כמות האנרגיה הדרושה לחימום גרם מים במעלת צלזיוס אחת, בלחץ של אטמוספירה אחת. אנחנו מודדים את הקלוריות שיש במזון באמצעות שריפתו במיכל מוקף מים ומדידת העלייה בטמפרטורת המים. בשימוש יום יומי ובטבלת הערכים התזונתיים, המונח קלוריה מתייחס לקילו-קלוריה, כלומר אלף קלוריות.

בכל מקרה, לא כדאי להגזים באכילת חטיפים עתירי קלוריות, בלי קשר להיותם דליקים.

נר שני – חנוכייה צבעונית ממלחים

את הידע על החומרים הגורמים לצבע של להבה מנצלים כימאים ככלי לזיהוי המרכיבים של חומר לא ידוע. הצבעים שמתגלים כששורפים חומר, או במונחים מדעיים "ספקטרום הפליטה של החומר", מאפשר לזהות את היסודות שמרכיבים אותו. עם הזמן נמצאו לכך יישומים נוספים, כמו זיקוקי מצוקה, נורי תאורה וסימון, זיקוקין די-נור ופירוטכניקה, ואפילו מלחים שמיועדים לצבוע ולקשט את הלהבה באח הביתי.

כשאנחנו שורפים מלחים, אנחנו מספקים אנרגיה עצומה לאטומי המתכת שמרכיבים את המלח. האנרגיה הזו גורמת לאלקטרונים של האטומים האלה לקפוץ לרמת אנרגיה גבוהה יותר. אחרי שאלקטרון מוקפץ לרמת אנרגיה גבוהה יותר, הוא שואף לחזור למצב היציב, לרמת האנרגיה הנמוכה יותר, וכדי לעשות זאת האלקטרון משחרר כמות אנרגיה מסוימת לסביבה, בצורת אור. כמות אנרגיה מסוימת מתורגמת לאורך גל מסוים של אור נראה, כלומר - צבע שונה.

נר שלישי – חנוכייה חשמלית מלימונים

בשנת 1800 המציא המדען האיטלקי אלסנדרו וולטה את הסוללה החשמלית הראשונה. הוא לקח שני לוחות דקים של נחושת ואבץ, והניח ביניהם מטלית טבולה במי מלח או בחומצה גופריתית, וכך הצליח לייצר זרם חשמלי. חנוכיית הלימונים שלנו בנויה על אותו העקרון.

בתוך כל לימון נעצנו לוחית נחושת ולוחית אבץ. התגובה הכימית עם מיץ הלימון החומצי גורמת להצטברות של אלקטרונים חופשיים על לוח האבץ, וכך הוא נטען במטען חשמלי שלילי, ואילו לוח הנחושת מאבד אלקטרונים במהלך התגובה, ונטען במטען חיובי. אם נחבר תיל מוליך בין האבץ לבין הנחושת, נקבל תנועה של אלקטרונים במעגל חשמלי סגור. המתח החשמלי שנוצר מלימון אחד אינו מספיק כדי להדליק נורה, לכן מחברים כמה לימונים בטור: יוצרים חיבור מלוחית האבץ של הלימון הראשון, אל לוחית הנחושת של הלימון השני, ואז מלוחית האבץ של הלימון השני אל לוחית הנחושת של הלימון השלישי – וכן הלאה. דרושים 3-4 לימונים כדי להדליק נורת LED אחת.

כדי לעשות את הניסוי בבית, לא חייבים לקנות לוחיות אבץ ונחושת – אפשר להשתמש במטבע של 10 אגורות המכיל נחושת, או בחוט חשמל עבה מנחושת שאפשר לנעוץ ישירות בלימון. אבץ אפשר למצוא במסמרים מגולוונים, המצופים באבץ כדי למנוע חלודה.

נר רביעי – חנוכייה ביולוגית מחיידקים

GFP הוא חלבון הפולט אור ירקרק כאשר מאירים עליו באור כחול ובאולטרה סגול. ה-GFP קיים באופן טבעי במדוזה A. Victoria ומשמש אותה להרתעת טורפים. לחלבון זה שימושים רבים בביוטכנולוגיה כגון סימון תאים ורקמות, מעקב אחרי תהליכים תוך תאיים ועוד.

כיום חוקרים יכולים לבודד את הגן האחראי לייצור החלבון ובהנדסה גנטית להחדירו ל-DNA של אורגניזמים אחרים. במקרה של החנוכייה הזו, החלבון הפלואורוסנטי הירוק הושתל ב-DNA של חיידקים. כתוצאה מכך החיידקים במבחנות הקטנות – הקנים של החנוכייה – מייצרים חלבון שפולט אור פלורסנטי בצבע ירוק כשמאירים עליו בקרינה על סגולה.

נר חמישי – חנוכייה מסריחה מטונה וחמאה

הפעם יצא לנו קצת ריחני.

טבלנו כמה פתילים בחמאה ובטונה (טונה בשמן כמובן) ויצרנו חנוכייה שבוערת נהדר. הדבר הראשון שצריך בשביל תהליך הבעירה הוא אנרגיה התחלתית, כלומר הדלקה של הנרות. האש מתיכה את השומן, והשמן הנוזלי עולה במעלה הפתיל בתנועה נימית, בדומה לתנועת מים במעלה גבעול של צמח. התנועה הנימית מתרחשת בזכות כוחות קפילריים – כוחות משיכה חלשים בין הנוזל לכלי הסובב אותו, שאחראים בין השאר לכך שכאשר אנו טובלים קצה של פיסת בד או נייר בכוס מים, המים מטפסים ועולים בהם. בחנוכייה החום של האש שורף את שמן וכך "מושך" עוד שמן במעלה הפתיל עד תום השמן.

בנר מוצק קורה תהליך דומה: החום מתיך את השעווה, השעוורה הנוזלית מטפסת במעלה הפתיל ונשרפת בלהבה, כלומר מתפרקת לגז המורכב מאטומי פחמן ומימן, המשחרר חום ואור. כל עוד יש מספיק חמצן באוויר, התהליך יימשך עד שכל השעווה תיגמר.

נר שישי – חנוכייה צבעונית מדיו מטפס

זו למעשה חנוכייה מצוירת בטושים.

חלק מהצבעים בציור הם תערובת של דיו בכמה צבעים. כשטובלים את הציור במים, הם מטפסים במעלה רצועת הנייר על פי עקרון הנימיות שהסברנו בחנוכייה הקודמת. כאשר טיפת המים מגיעה אל קו הדיו, הדיו נמס במים. הוא אמנם מצליח לטפס עם המים, אבל כל צבע של דיו עולה לגובה שונה. כך נעשית הפרדה של צבעים: אלה שאינם יוצרים תגובות חזקות עם המולקולות המרכיבות את הנייר מטפסים עם המים במהירות, ואילו המרכיבים שיוצרים תגובות חזקות עם הנייר מזדחלים באיטיות, כי הם נשארים צמודים יותר לנייר. התוצאה המתקבלת היא שורה של צבעים, שכל אחד מהם מייצג אחד ממרכיבי התערובת. לתהליך הזה קוראים כרומטוגרפיה. משתמשים בשיטת ההפרדה הזו לזיהוי חומרים ולקביעת ההרכב הכימי של חומרים שונים.

נר שביעי – חנוכייה מחליפת צבעים ממיץ כרוב

גם החנוכייה הזו התחילה משאריות מזון, כמו בחנוכיית הטונה. הפעם הרתחנו עלים של כרוב סגול וקיבלנו נוזל סגלגל. כשהוספנו לנוזל אבקת כביסה הוא שינה את צבעו לירוק מלוכלך, כשהוספנו חומץ הוא הפך לאדום. הוספה של חומרים שונים משנה את צבעו של הנוזל, לפי דרגת החומציות שלהם. הסיבה לכך היא מולקולה בשם אנתוציאנין. המולקולה משנה את המבנה שלה בדרגות חומציות שונות וכל מבנה בולע אור בצבע אחר, מה שמאפשר לקבל תמיסות צבעונית.

זאת חנוכייה שבקלות אפשר לעשות בבית.

נר שמיני – חנוכייה מנוזלים בצפיפויות שונות

החנוכייה השמינית והאחרונה: חנוכיית צפיפויות!

הנוזלים בקני החנוכייה הם תערובת של חומרים שונים. למרות שהם נמצאים באותו הכלי, כל נוזל שומר על התכונות שלו. בגלל שלכל נוזל בתערובת שבקנים יש צפיפות שונה, הנוזלים מסתדרים לפי הצפיפות שלהם. ככל שהצפיפות של החומר גדולה יותר הוא ישקע נמוך יותר בקנה. בכל הקנים השכבה העליונה היא שמן, שצפיפותו נמוכה ביחס לכל שאר החומרים בחנוכייה.

תודה לצוות גן המדע, לצוות מדע ומתמטיקה בהתכתבות ולוורד שפירא על הסיוע ביצירת החנוכיות ובצילומים.

חג אורים שמח ובטוח!