איך לטהר מים בעזרת פחם?

בניסוי הנוכחי נהפוך מים צבועים למים צלולים באמצעות תכונות הטיהור של הפחם.
שימו לב: אין לשתות את המים שטוהרו בניסוי!

ציוד וחומרים

• 2 כוסות
• כמה טיפות של צבע מאכל
• פחמים משומשים ממדורה או ממנגל
• פטיש
• משפך
• שקית
• נייר סופג
• כפית

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

הערה: זה לא נאמר במפורש בסרטון, אבל את הפחם הטחון היטב יש להעביר לכוס עם צבע המאכל. הצבע נספח לפחם - ואז אפשר לסננן את הפחם עם הצבע ולקבל חזרה מים צלולים וחסרי צבע.

הסבר

פחם הוא חומר בעל תכונות מיוחדות. בדרך כלל מייצרים אותו על ידי שריפה חלקית של חומרים או פירוק חומרים בחום ללא נוכחות חמצן. כשעץ נשרף באוויר הוא עובר שריפה מלאה ולכן הפחמן שממנו הוא עשוי מתחמצן לגז של פחמן-דו-חמצני. אבל אם מחממים עץ בכלי סגור או אם מדליקים עץ ואחר כך מכסים אותו בחול שמונע מהחמצן להגיע אליו מתרחש בו תהליך שמכונה פירוליזה, שמפרק אותו ליסודותיו ויוצר ממנו את פחם העץ המוכר לנו. בלשון עממית נאמר שהוא "מתפחם". לא רק עץ אפשר לפחם, אלא גם פלסטיק ואפילו יריעות בד.

המבנה הכימי המדויק של הפחם שנוצר בשיטה הזו אינו ידוע לחלוטין, אבל מה שברור הוא שנוצר מבנה פחמני נקבובי מאוד ("פורוזיבי" בשפה המקצועית) ובעל שטח פנים ענקי. אם מודדים את השטח הכולל של כל הנקבוביות מגלים כי שטח הפנים של הפחם יכול להגיע עד לרמה של 2,500 מטרים רבועים לגרם, כלומר יותר משטחם חמישה מגרשי כדורסל. טחינת הפחם מגדילה עוד יותר את שטח הפנים שלו ומקלה על חומרים אחרים לבוא במגע איתו.

מבנה הנקבוביות והסדקים של פחם פעיל מבעד לעדשת המיקרוסקופ | צילום: Mydriatic ויקיפדיה

בגלל שטח הפנים הנקבובי הענק שלו יש לפחם יכולת יוצאת דופן לספוח חומרים. ספיחה היא תהליך שבו חומר אחד "נדבק" לחומר אחר, בגלל כוחות משיכה בין החומר הנספח לסופח, קצת כמו מים שנספגים במגבת ונשארים צמודים אליה. יכולת הספיחה של פחם חזקה במיוחד ביחס לתרכובות פחמן אחרות אך אינה מוגבלת רק להן. צבעי מאכל הם תרכובות פחמן ולכן הם נספחים לפחם בקלות.

לפחם שמגיע ממדורה יש יכולות ספיחה טובות, אולם המדע גילה שיטות וטיפולים שמגדילים עוד יותר את שטח הפנים שלו. ופחם כזה מכונה 'פחם פעיל' ושטח הפנים שלו מגיע עד כדי אלפי מטרים רבועים לגרם. הוא נמצא בפילטרים לטיהור מים ולטיהור אוויר מכימיקלים, וגם בתרופות נגד גזים במערכת העיכול. אולם חשוב לדייק: אף על פי שהוא מכונה "פילטר'/סנן", הפחם לא פועל בדיוק כמו מסננת, שמפרידה בין חומרים לפי גודלם, אלא פועל כאמור על פי עקרון הספיחה.

כאן אפשר לראות פעולה של פחם פעיל 'מסחרי' - לא ממנגל, באותו ניסוי, והוא עובד מהר ובעוצמה רבה יותר (מתוך תוכנית הטלווזיה 'החפרנים'):

מעניין לציין

מתברר שלא רק האדם גילה את יכולות הספיחה של הפחם אלא היו כאלה שעשו את זה הרבה לפניו. קופי קולובוס אדום זנזיברי אוכלים פחם כדי לנטרל רעלים הנמצאים בצמחים שהם אוכלים, וכך הם יכולים להגדיל ולגוון את התפריט שלהם בלי לסבול מכאבי בטן ומהרעלות, כפי שאפשר לראות כאן:

וכאן – כשגונבים פחם מעשי ידי אדם: