איך לפוצץ בלון בעזרת תפוז?

בסיפור הילדים 'מעשה בחמישה בלונים' של מרים רות מוצגות כמה דרכים לפיצוץ בלונים ('זה סופו של כל בלון'): דקירה, ניפוח יתר והפעלת לחץ. בניסוי הנוכחי נציג דרך לפוצץ בלון בלי לגעת בו – באמצעות חומר הנמצא בקליפות של תפוזים ופירות הדר אחרים. מומלץ להיעזר במבוגר בעת ביצוע הניסוי.

ציוד

• בלון
• תפוז או פרי הדר אחר בעל קליפה עבה, חשוב שיהיה טרי
• סכין

הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:

הסבר

בקליפות של פירות ההדר נמצאים שמנים ותרכובות פחמן אחרות. השמנים הללו מגינים על פרי ההדר ממזיקים, וגם מעניקים לקליפות את הריח האופייני – ריח שנשאר על הידיים אחרי שמקלפים פירות הדר. השמן העיקרי שנמצא בקליפות ההדרים הוא לִימוֹנֶן (limonene) - כ-95% מהשמן בקליפת התפוז. כאשר לוחצים על הקליפה, התאים שבה מתהדקים והשמן האגור בהם ניתז החוצה. הלימונן עצמו, שמופק מהקליפות כתוצר לוואי של תעשיית מיץ התפוזים, משמש כחומר מבשם ייחודי בעל יכולת הסרת שומנים בחומרי ניקוי שונים, בשל יכולות אלו הוא משמש גם לניקוי מכונות מגריז ולהמסת צבעים ודבקים בתעשייה.

בניסוי הנוכחי אנו משתמשים בתכונות ההמסה של הלימונן כדי להמיס גומי של בלון. הגומי שבבלון בנוי ממולקולות ארוכות מאוד – "חוטים" (ברמה האטומית) – הקשורים זה לזה, קצת כמו ספגטי דביק בצלחת. המולקולות הארוכות הללו שייכות למשפחה כימית של חומרים המכונים "פולימרים" (פולי=הרבה, מר=יחידות, וביחד "הרבה יחידות"), כי הם עצמם בנויים ממולקולה או יחידה בודדת קצרה שמחוברת לעצמה מאות אלפי פעמים במעין שרשרת ענק.

כאשר גומי ולימונן נפגשים, הלימונן נספג בגומי, גורם לו להתרכך ולצורה שלו לקרוס. זה דומה מעט למים שמצליחים להיספג בפסטה יבשה ולרכך אותה, ובבישול ארוך אף הורסים את צורתה. כל מקום בגומי שפגעה בו טיפה של לימונן מתרכך ברמה כזו שהאוויר הדחוס שבתוך הבלון מצליח לפרוץ דרכו, כמו דרך חור שעושים בבלון עם סיכה – והתוצאה, הידועה: בום, טראח – הבלון מתפוצץ, הבלון נקרע. 

הלימונן מצליח לרכך / להמיס את הגומי, בגלל חוק המסיסות הכימי שקובע שרק חומרים שדומים זה לזה מבחינת הקוטביות הכימית שלהם (ושיצרו קשרים זה עם זה) יצליחו להתמוסס זה בזה. הלימונן וגומי הבלון (שעשוי בעיקר מגומי טבעי – או בשמו הכימי פולי-איזופרן) שניהם מולקולות לא קוטביות – ולכן הם נמסים אלו באלו. אם היינו מתיזים מים על הבלון – שום דבר לא היה קורה, משום שמים הם חומר מאוד קוטבי – ולכן מים לא מצליחים להמס גומי של בלון.

מעניין לציין: ריח של לימון וריח של תפוז

כאמור הלימונן הוא המרכיב העיקרי בשמן המופק מקליפות תפוזים, והאחראי לריח האופייני שלהם. מדוע נבחר דווקא שם זה, הקרוב ללימון, כדי לתאר חומר הנמצא בתפוז? התשובה היא שהחומר נמצא גם בשמן שמופק מקליפות של לימון, בעל ריח של לימון - וכך קיבל את שמו. איך יכול להיות שלשמן יש פעם ריח של לימון ופעם ריח של תפוז? מתברר שבעוד שבקליפת התפוז יש כ-95 אחוז לימונן, בשמן הלימון עצמו יש רק כ-40 אחוז לימונן (בעל ריח תפוז) ו-25 אחוז פיינין (בעל ריח של אורן) שהתערובת שלהם מתורגמת במוח לריח לימון.

ללימונן מסחרי טהור – כמו זה הנמצא בחומרי ניקוי שונים, יש ריח חזק של לימון, למרות שלא מכיל כלל פיינין. נשאלת השאלה כיצד זה יתכן? הרי ללימונן טהור יש ריח של תפוז. התשובה היא שכאן באה לידי ביטוי תכונה כימית הנקראת כיראליות (או ידניות בעברית). יש בטבע מולקולות זהות מבחינת ההרכב הכימי, אבל המבנה המרחבי שלהן הוא השתקפות ראי אחת של השנייה, כמו יד ימין ויד שמאל, והלימונן הוא דוגמא לכך. הלימונן ה'ימני' הוא בעל ריח של תפוז, הדמות בראי ה'השמאלית' שלו בעלת ריח של אורן!

מבנה מולקולת לימונן ימני ושמאלי, הקווים מיצגים קשרים כימיים בין אטומי פחמן, קווים מקווקיים מיצגים קשר מתחת מישור המסך, וקווים עבים - קשר הבולט מהמישור. שתי המולקולות הן דמות בראי אחת של השנייה | תמונות: ויקיפדיה

למרות שמבחינה כימית המולקולות זהות, ומבחינה פיזיקלית המולקולות כמעט זהות, חוש הריח מצליח להבדיל ביניהן בקלות (והמוח האנושי מקצה לכל מולקולה חוויית ריח נפרדת). זה בגלל שמולקולות החלבון שמהן מורכבים קולטני הריח – כיראליות בעצמן.
הלימונן המסחרי, נמכר כתערובת "ימין שמאל": לימונן ימני (תפוז) ושמאלי (אורן). כאמור ריח של אורן וריח תפוז בתערובת יוצרים במוח תחושה של ריח של לימון – ולכן ריחו הוא לימון.