איך להכין חומר שהוא גם נוזל וגם מוצק?

בניסוי הזה נכין חומר שמתנהג בצורה מוזרה – מצד אחד הוא נוזלי ומצד שני ברגע שלוחצים עליו ומפעילים עליו כוח, פתאום הוא נעשה נוקשה כמו חומר מוצק.

ציוד

• 2 כוסות
• כפית
• עמילן תירס (קורנפלור)
• מים
• שקית פלסטיק קטנה

לשידרוג הניסוי לאיש-גמיש (או כדור להפחתת מתחים):

• בקבוק (של מים או משקה קל)
• משפך
• בלון עם דופן עבה

          
מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

והנה גרסה משודרגת של הניסוי לבניית איש גמיש או כדור להפחתת מתחים, בפורמט וידאו "שורטס"

הערה בקשר ליחס הכמויות בין המים לעמילן: יש להוסיף מים לעמילן עד לא יותר ממחצית מנפחו. כלומר, אם משתמשים בחצי כוס עמילן יש להוסיף לו לכל היותר רבע כוס מים. הכמות המדויקת תלויה בלחות היחסית שקיימת בעמילן ומשתנה מיצרן ליצרן (וגם תלויה במקום שבו אתם מאחסנים את העמילן). לכן יש להוסיף את המים בהדרגה ולעצור ברגע שמגיעים לסמיכות הרצויה. אם נוצרת עיסה סמיכה מדי, אפשר להוסיף לה עוד קצת מים; אם היא דלילה מדי, אפשר להוסיף לה עוד עמילן, עד לקבלת עיסה בדרגת סמיכות בינונית כמו שרואים בסרט.

שימו לב! בסיום הניסוי אין לשפוך את עיסת העמילן לכיור, אלא להשליך אותו לפח, אחרת הוא עלול לעשות סתימה בביוב.

הסבר

העמילן המוצק הוא סוג של פולימר – כלומר מולקולה ענקית שבנויה מהרבה (פולי) יחידות (מר) שמחוברות יחדיו. עמילן ספציפית מורכב מהמון מולקולות של הסוכר גלוקוז המחוברות זו לזו. עמילן אמנם נמס במים באופן חלקי, אבל הוא יוצר בהם תמיסה סמיכה בין היתר בגלל מולקולות הענק שלו שיוצרות התנגדות לתנועה במים. (או אם לדייק יותר, הוא יוצר תרחיף שמולקולות העמילן המוצקות "מרחפות" בו בין מולקולות המים).

כשאנחנו מפעילים במהירות כוח על תמיסת / תרחיף העמילן במים, אנו מתנגשים במולקולות הענקיות של העמילן וגורמים להן להיצמד זו לזו ולכלוא ביניהן מולקולות קטנות של מים במבנה מוצק. כיוון שהמים הם החלק הנוזלי של התערובת, ברגע שהן נכלאות בין מולקולות העמילן, כל החלק שנלחץ הופך להיות מוצק וחסר יכולת תנועה (מחקר באמצעות מודל ממוחשב שבוצע בשנת 2014 מצא שמולקולות העמילן נצמדות בחוזקה זו לזו בגלל כוחות חיכוך חזקים הנוצרים ביניהן). ברגע שמפסיקים להפעיל כוח, מולקולות העמילן נפרדות, מולקולות המים שביניהן משתחררות והחומר חוזר להיות נוזלי כמו שהיה קודם לכן. שימו לב שאם מפעילים על התרחיף את אותו הכוח רק בהדרגתיות ולא בבת אחת - לא מתרחשת התופעה של ההתמצקות, זה מפני שאז מולקולות המים והעמילן מספיקות להחליק הצידה בלי להידחס זו לזו.

מעניין לציין

בגן המדע שבמכון ויצמן עושים לפעמים תחרות 'ריצה על המים', שבה ממלאים בריכה בתמיסת עמילן – ואפשר לרוץ בה על המים בלי לשקוע – בתנאי שרוקעים מספיק חזק על פני התמיסה. חשוב לרוץ ולרקוע כל הזמן – אם עומדים אפילו לרגע אחד, מיד שוקעים בבריכה.

חולות טובעניים מראים תופעה הפוכה לזו של תמיסת העמילן – שם דווקא כשזזים ומפעילים כוח, החול מתנהג כנוזל, ודווקא כשלא זזים החול מתנהג כחומר מוצק. לכן, אם מתחילים לשקוע בחול טובעני עדיף לא לזוז הרבה ולקרוא לעזרה. כדי להיחלץ מהחול צריך לנוע כמה שיותר לאט ובלי להפעיל כוח.

בנוסף – תראו מה קורה כששמים את התמיסה על רמקול חזק שמשמיע הרבה באסים (לא לנסות בבית!)