Taikapussi, joka pullistuu kuumassa vedessä: Näin etanoli haastaa kiehumispisteen!

Täällä Ken Kuwako, tiedekouluttajasi. Joka päivä on koe!

Oletko kuullut ”taikapussista”? Se on kummallinen pussi, joka pullistuu itsestään, kun sen laittaa kuumaan veteen — ilman, että teet mitään! Totuus on, että kyseessä ei ole taikaa, vaan puhdasta tiedettä. Tämän tempun temput ja tarvittavat välineet ovat todella yksinkertaiset. Esittelemme nyt kotioloissa helposti toteutettavan, visuaalisesti vaikuttavan tiedekokeen. Tule kokemaan se uskomaton hetki, kun neste muuttuu kaasuksi silmänräpäyksessä!

Valmistelut ja ohjeet

Tähän kokeeseen tarvittavat tarvikkeet löytyvät useimmista kotoa.

Tarvitset:

• Elintarvikkeiden säilytyspussiä polyeteenistä (vetoketjullinen on kätevin)
• Absoluuttista etanolia (saatavilla apteekeista tai kemikaaliliikkeistä)
• Sähkökeittolevy tai -kattila (tai pöytä-induktioliesi ja kattila)
• Kuumennusvesi (noin 90 °C)

Ohjeet:

1. Lisää säilytyspussiin vain vähän (noin 5 ml) etanolia, poista ilma ja sulje pussi tiiviisti.
2. Lämmitä vesi sähkökattilassa 80–90 °C:een.
3. Kun vesi on lämmennyt, laita etanolipussi varovasti veteen.
4. Seuraa, kuinka pussi pullistuu silmiesi edessä!

※ Ole erittäin varovainen palovammojen kanssa. Käytä pihdejä, kun laitat pussin kuumaan veteen, se on turvallisempaa.

Tältä koe näyttää!

Käytimme tällä kertaa sähkökattilaa kuuman veden valmistukseen.

① Heti, kun etanoli on pussissa

Pussi on vielä litteä. Sisällä oleva etanoli on nestemäisessä muodossa.

② Kun pussi laitetaan kuumaan veteen…

Pussi täyttyy silmänräpäyksessä! On selvää, että etanoli on muuttunut kaasuksi sisällä ja sen tilavuus on kasvanut valtavasti.

Miksi pussi pullistuu? Kiehumispisteen ja tilavuuden muutoksen mekanismi

Tämän ilmiön avain on kiehumispiste. Se on lämpötila, jossa neste kiehuu ja muuttuu kaasuksi. Veden kiehumispiste on tunnetusti 100 °C, mutta etanolin kiehumispiste on paljon matalampi, noin 78 °C.

Siksi, kun etanoli laitetaan noin 90 °C:n veteen, se kiehuu välittömästi ja muuttuu kaasuksi (etanolihöyryksi). Kun neste muuttuu kaasuksi, ainetta muodostavat pienet hiukkaset (molekyylit) alkavat liikkua vapaasti, ja niiden välimatkat kasvavat huomattavasti. Tämän seurauksena tilavuus moninkertaistuu (jopa satoja kertoja), mikä saa pussin pullistumaan sisältäpäin.

Mutta miksi etanoli muuttuu kaasuksi alhaisemmassa lämpötilassa kuin vesi? Syy piilee molekyylien välisissä vetovoimissa.

Vesimolekyylit (H₂O) tarttuvat toisiinsa voimakkaasti ”vetysidoksiksi” kutsutuilla vahvoilla käsillä. Näiden käsien irrottamiseen ja vapaasti liikkumiseen (= kaasuksi muuttumiseen) tarvitaan korkeaa 100 °C:n lämpöenergiaa.

Etanolimolekyylit (C₂H₅OH) muodostavat myös vetysidoksia, mutta niiden sidosvoima on heikompi kuin vedellä. Siksi ne voivat irrottaa kätensä ja muuttua kaasuksi jo noin 78 °C:n energialla. Molekyylimaailman näkymättömät erot luovat suuren eron siinä, pullistuuko pussi vai ei!

Vinkkejä opetuskäyttöön ja omiin tutkimuksiin

Tämä koe ei ole vain hauska, vaan se tarjoaa myös monia oppimismahdollisuuksia.

Koe kiehumispisteiden ero: Kokeile sekä etanolilla että vedellä. Kun vesi-pussi tuskin pullistuu, voit osoittaa dramaattisesti, että ”eri aineilla on eri kiehumispisteet”.

Olomuodonmuutos ja molekyylimaailma: Kun olet havainnoinut ”neste muuttuu kaasuksi ja tilavuus kasvaa” -ilmiötä pussin pullistumisen kautta (makronäkökulma), voit siirtyä mikronäkökulmaan selittämällä, että ”syynä on molekyylien välisten etäisyyksien kasvu”. Näin teoria ja ilmiö yhdistyvät ja ymmärrys syvenee.

Mitä tapahtuu aineille, joilla on vielä alhaisempi kiehumispiste? Kuivajään (hiilidioksidi) kiehumispiste on -78,5 °C. Ilmiö, jossa aine muuttuu suoraan kiinteästä kaasuksi ilman nestemäistä vaihetta (sublimoituminen), on myös mielenkiintoinen olomuodonmuutoksen aihe!

Sähkökattila on todellinen sankari!

Oppikirjoissa usein neuvotaan laittamaan pussi astiaan ja kaatamaan kuumaa vettä päälle, mutta sähkökattilan avulla lämpötilan hallinta on helppoa, ja sekä valmistelu että siivous sujuvat vaivattomasti.

Sähkökattila (Amazon)

Ennen kaikkea on kiehtovaa seurata, kuinka pussi pullistuu kuin elävä olento. Se on täydellinen tapa herättää uteliaisuus: ”Miksi näin tapahtuu?” Miksi et ottaisi kaapissa pölyttyvää sähkökattilaasi käyttöön tiedekokeissa tänä vuonna?

Yhteystiedot ja tiedustelut

Tuodaan tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi! Olen koonnut selkeät ohjeet hauskoihin kotona tehtäviin tiedekokeisiin ja vinkkeihin. Etsi lisää tietoa sivuilta!
・Tietoa ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta, löydät täältä
・Erilaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeelliset työpajat, TV-konsultointi, esiintymiset jne.) täältä
・Artikkelien päivitykset julkaistaan X:ssä!

Kokeellisia videoita julkaistaan kanavalla Kagaku no Neta Channel (Tieteen Vinkkikanava)!