כוכב מקיסמי שיניים

בניסוי זה נראה איך מים "מעוררים" קיסמי עץ יבשים לנוע וליצור צורות יפות.

ציוד

• קיסמי עץ (עדיף לא מבמבוק, כי מגיב לאט, אם לא ניתן להשיג קיסמים שאינם מבמבוק ניתן להשתמש בגפרורים)
• צלחת
• מים
• כפית

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:

סופג ומתנפח

העיקרון שעליו מבוסס הניסוי הוא תופעה מאוד נפוצה בחיי היום-יום, למרות שלא שמים אליה לב בדרך כלל: הרבה חומרים מתנפחים כאשר מרטיבים אותם במים או בממס אחר. כמה דוגמאות שכולם ודאי נתקלו בהן:

פסטה שמבושלת במים – מתנפחת. אורז שמבושל במים – מתנפח, קטניות שמושרות במים – מתנפחות, חיתול שנרטב במים – מתנפח, גם צמר-גפן שמורטב במים מתנפח מעט, ואפילו קלקר שמושרה באצטון (ניסוי שלנו) מראה תופעה של התנפחות.

כך גם עץ יבש שנרטב במים – מתנפח. ההתנפחות של העץ בקיסמי העץ המכופפים, גורמת לכיפוף בעץ (אזור שבו העץ התכווץ ונדחס) להתיישר בחזרה. כאשר מסדרים במעגל כמה קיסמים מכופפים – ההתיישרות שלהם יוצרת את מבנה הכוכב היפה.

המשותף לכל החומרים המתנפחים שציינתי למעלה הוא שכולם שייכים למשפחת הפולימרים. פולימרים הם חומרים שברמה החלקיקית לא בנויים ממולקולות קטנות ונפרדות, אלא משרשראות, לרוב ארוכות מאוד של הרבה (פולי) יחידות (מר) המחוברות יחד. כאשר מרטיבים פולימר במים (או בכל ממס אחר שהוא סופג) המולקולות הקטנות של המים נכנסות בין השרשראות הארוכות והצפופות של הפולימר ומרחיקות אותן זו מזו – וזה מה שגורם לו להתנפח. התנפחות היא בדרך כלל שלב ראשון לפני התמוססות של פולימר, אם כי הרבה פולימרים 'נתקעים' בשלב ההתנפחות – ולא מתמוססים לגמרי, כמו התמוססות שאנחנו מכירים בחומרים כמו מלח וסוכר, אלא פשוט נשארים מוצקים נפוחים.

עץ בנוי בעיקר מהפולימר המכונה 'תאית' (או צלולוז) – המורכב מהרבה טבעות של סוכר גלוקוז מחוברות זו לזו. התאית עשירה בקבוצות כימיות – קבוצות הידרוקסיל (OH) שמושכות וקושרות אליהן מולקולות מים (הקשרים מכונים קשרי מימן) שנכנסות בין השרשראות.

קטע ממולקולות תאית/צלולוז המרכיבות נייר וכותנה: המולקולה היא למעשה פולימר – כלומר מורכבת מהרבה (פולי, מסומן ב-n) יחידות (מר) המחוברות זו לזו. היחידות הבונות עשירות מאוד בקבוצות הידרוקסיל OH שיוצרים קשרי מימן מצויינים עם מים

גם נייר עשוי ברובו מתאית. כפי שוודאי שמתם לב – אמנם תאית (עץ, נייר) סופגת מים, הגורמים לה להתנפח, אבל התאית היא מסוג הפולימרים שלא עוברים המסה מלאה במים, ופשוט 'נתקעת' בשלב ההתנפחות. המים לא מצליחים להפריד לגמרי בין השרשראות של התאית  ולגרום להמסה מלאה.

הדינמיט של העולם הקדום

קיסם שיניים שיוצר כוכב זה אולי משחק ילדים, אבל העץ היבש יכול לעשות הרבה יותר: הפירמידות במצריים בנויות מלבני ענק – שנחצבו מסלעי גרניט. על פי הערכות, הפרעונים הצליחו לחצוב את סלעי הגרניט הקשים והעצומים בעזרת פיסות עץ יבש. מעריכים שהם חצבו רק חרכים קטנים בסלע, אל החרכים הכניסו פיסות של עץ יבש – ומזגו עליו מים. העץ היבש ספג את המים, התנפח וסדק את הסלע לאורך החרכים – ממש כמו שדינמיט משמש בימינו לשבירת סלעים.

אתר הפירמידות בגיזה | מקור: ויקיפדיה, צילום: Ricardo Liberato