محاربة البقع  بالمبيضات

مفتاح المفاهيم

الكيمياء

الفيزياء

معدّل التفاعل

اللون

مقدمة

هل تساءلت يوماً لماذا تخرج ملابسك المتسخة من الغسالة بيضاء ونظيفة ؟ ما الذي يجعل كل البقع تختفي ؟ إنّ الإجابة عن هذا السؤال هي المبيِّض – وهو مكوّن يوجد في معظم منظفات الغسيل.

يعد المبيِّض المركب المسؤول عن التأثير المبيّض الذي يحدث خلال الغسل ويؤدي لإزالة معظم البقع.

لكن كيف يعمل هذا المبيِّض ؟ ستكتشف في هذا النشاط العلمي كيف يمكن جعل ملونات الأطعمة تختفي بقوة المبيِّض !

خلفية حول الموضوع

السؤال الأول الذي يتم طرحه هو ما الذي يجعل البقع تتشكل ؟ طبعاً يوجد العديد من الإجابات لهذا السؤال والتي تتضمن الكاتشب والمشروبات المركزة أو العشب – لكن ما يشكله الكاتشب هو بقعة حمراء وما يشكله الشراب المركز بقعة بنية أما العشب فيشكل بقعة خضراء ؟ الجواب بسيط حيث أن اللون يأتي من الجزيئات التي يتكون منها  كل من الكاتشب والشراب أو العشب، فبعض الجزيئات يمكن أن تتصرف كأصبغة وبالتالي يكون لها القدرة على امتصاص الضوء في مجال طول الموجة المرئية (700-400 نانومتر) .

عندما يتداخل الضوء مع مثل هذه الجزيئة فإنَ جزءاً من طيف الضوء يُمتص من قبل بنيتها الكيميائية، أما أطوال الموجة التي لا تمتص فهي تنعكس وهذا ما يجعلنا نرى هذه الأطوال المحددة للموجة (إن سقطت بالطبع ضمن الطيف المرئي). يظهر العشب مثلاً بلون أخضر بالنسبة لنا لأن جزيئاته تمتص كل أطوال الموجة ما عدا مجال اللون الأخضر.

تحتوي عادةً الجزيئات الكيميائية التي تظهر لوناً محدداً على مركبات الكروموفور في بنيتها الكيميائية والتي تكون قادرة على امتصاص الضوء في مجال طول الموجة المرئي (بدلاً من طيف الضوء اللامرئي).

في أغلب الأحيان تعد الكروموفورات مركبات عطرية أو جزيئات تحتوي سلسلة من الروابط الأحادية والمضاغفة المترافقة.

تعد ملونات الطعام كالملون Bleu1 (الأزرق اللامع) و Red3 (الأيرتروزين) أو Yellow5 (التارترازين) أمثلة جيدة عن هذه المركبات. لكن السؤال الذي يبقى : كيف يستطيع المبيِّض أن يزيل هذه الألوان التي تمنحها جزيئات الكروموفور للبقع ؟

تعتمد معظم المبيِّضات المنزلية على الكلور و تحتوي على هيبوكلوريت الصوديوم (NaClO)، يسبب هذا العامل المؤكسد تفاعل يؤدي لتشكل مركب كيميائي آخر، وخلال عملية الأكسدة يزيل العامل المؤكسد إلكترون أو أكثر من شريكه التفاعلي، وهذا يعني أنه عندما يتفاعل المبيِّض مع جزيئة البقعة فإن التفاعل الكيميائي يغير التركيب الكيميائي للكروموفور، وبالتالي فإنّ الجزيئة الناتجة إما أنّها لا تحتوي على الكروموفور أبداً أو أنّ الكروموفور يصبح غير قادر على امتصاص الضوء في المجال المرئي، وبالتالي في كلا الحالتين فإنّ ناتج التفاعل لن يظهر لوناً وتزال البقعة بشكل سحري.

هل تريد أن ترى هذا بنفسك ؟ إذاً جرب هذا النشاط و شاهد تحول ملون الطعام لمركب عديم اللون.

المواد المطلوبة

  • مريول المخبر
  • كؤوس زجاجية آمنة
  • كوب مدرج
  • ماء الصنبور (بارد)
  • شريط لاصق
  • قلم أزرق
  • خمس كؤوس أو أوعية تتسع لـ 500 مل
  • ملون غذائي سائل ( أخضر و أصفر و أزرق و أحمر)
  • ست كؤوس أو أكواب تتسع لـ 100 مل
  • مطهر مبيض (حوالي %9-8 من هيبوكلوريت الصوديوم)
  • قطًّارة طبية
  • ملعقة شاي
  • مناشف ورقية
  • شخص مساعد بالغ
  • ميكرويف- ميقاتية- كأس أو وعاء إضافي (اختياري)

التحضيرات

  • اختر مكاناً للعمل ذا تهوية جيدة وسطحاً يستطيع تحمل الكميات المنسكبة من الملون الغذائي والمبيِّض.
  • ضع كؤوسك الزجاجية الآمنة وأنت مرتدي المريول للوقاية من أي كميات منسكبة من الملون الغذائي أو المبيّض.
  • باستخدام القلم الأزرق و الشريط اللاصق قم بعنونة الأوعية أو الكؤوس ذات السعة 500 مل بأرقام من 1 إلى 5.
  • استخدم كوبك المدرج لملء الأوعية أو الكؤوس ذات السعة 500 مل (حوالي كوبين) من ماء الصنبور البارد.
  • في الكأس رقم 1 , أضف نقطتين من الملون الغذائي الأزرق . امزج المحلول بالملعقة حتى يتوزع الملون بشكل متساوي.
  • في الكأس رقم 2 , أضف نقطتين من الملون الغذائي الأحمر . ثم قم مرة أخرى بالمزج بواسطة ملعقة.
  • في الكأس رقم 3 , أضف نقطتين من الملون الغذائي الأصفر و امزجها بملعقة.
  • في الكأس رقم 4 , أضف قطرتين من الملون الغذائي الأخضر .ثم قم بمزجها بالملعقة.
  • في الكأس رقم 5 , أضف قطرة من الملون الأحمر و قطرة أخرى من الملون الأصفر ليكون اللون الناتج بعد المزج هو اللون البرتقالي.
  • باستخدام الكوب المدرج قم بنقل 100 مل (حوالي نصف كوب) من كل من المحاليل الخمسة السابقة إلى خمس كؤوس زجاجية منفصلة . وقم بسرعة بغسل الكوب المدرج بين الألوان.
  • في كأس زجاجي منفصل , اسكب أو اجعل شخص مساعد بالغ يساعدك لسكب كمية قليلة من المبيِّض. كن حذراً ألا ينسكب أي شيء من المبيِّض أو أن يصل لجلدك . وفي حال تواجدت كميات منسكبة على السطح قم بإزالتها فوراً باستعمال المناشف الورقية. وإذا انسكبت كمية من المبيِّض على جلدك قم فوراً بغسل المنطقة المتأثرة بكميات غزيرة من الماء.

خطوات العمل

  • ضع الكؤوس الزجاجية الحاوية على المحاليل مختلفة الألوان بجانب بعضها على الطاولة . كم هي شدة الألوان المختلفة ؟
  • خذ القطارة الطبية وارشف بها كمية قليلة من المحلول المبيِّض. ثم أضف ببطء ثلاث قطرات من المبيِّض إلى الكأس الحاوي محلول بلون أصفر. ثم قم بحذر برج الكأس بشكل خفيف .ماذا يحدث للمحلول ذي اللون الأصفر بعد رج الكأس ؟ هل يتغير اللون ؟ كم السرعة التي يحدث بها التفاعل؟
  • لاحقاً , قم بإضافة ثلاث قطرات من المبيِّض للمحلول ذي اللون البرتقالي و رج الكأس. ماذا أصبح لون المحلول بعد إضافة المبيِّض ؟ و هل تحول إلى محلول عديم اللون ؟
  • أعد إضافة المبيِّض (ثلاث قطرات) إلى المحلول الحاوي الملون الغذائي الأخضر. رج الكأس بعدها .كيف تغير اللون هذه المرة ؟
  • تابع إضافة ثلاث قطرات من محلول المبيِّض إلى كل من المحلولين الملونين بالأحمر والأزرق. وقم برج الكأسين ولاحظهما. ماذا يحدث للون في هذه الكأسين ؟ هل تبقى نفسها أم تتغير ؟ هل يحدث التفاعل بسرعة أو ببطء؟
  • قارن بين الألوان في كل من الكؤوس بعد إضافة المبيِّض . ماذا تلاحظ ؟ أي من الألوان بقي نفسه وأي منها تغير ؟ هل يمكن أن تشرح نتائجك ؟
  • أضف لكل كأس مازال يحتوي محلولاً ملوناً في هذه النقطة من النشاط مقدار ملعقة شاي من المبيِّض (تقريباً 5 مل). رج كل كأس فيما بعد . هل ترى أية تغيرات تحدث ؟ هل الألوان تختفي ؟ أي لون يتغير بشكل أسرع؟
  • أعد إضافة المبيِّض إلى الكؤوس حتى تصبح المحاليل عديمة اللون. هل اضطررت أن تضيف كمية أكبر من المبيِّض إلى أحد المحاليل الملونة مقارنةً بملون آخر؟
  • خطوة إضافية : املأ وعاء إضافي بمقدار 500 مل من ماء الصنبور البارد. أضف إليه قطرة من الملون الغذائي الأزرق و قطرة أخرى من الملون الأحمر ليتشكل محلول بلون بنفسجي. ثم أضف ثلاث قطرات من المبيِّض إلى هذا المحلول بواسطة القطارة الطبية.بناءً على ملاحظاتك السابقة ماذا تتوقع أن يكون تغير اللون الحاصل؟ كم السرعة التي يحدث فيها التفاعل ؟ كم الكمية التي اضطررت أن تضيفها من المبيِّض لإزالة كل اللون من المحلول؟
  • خطوة إضافية : نظف كل الكؤوس الزجاجية ذات السعة 100 مل من اختباراتك السابقة وذلك بسكب المحاليل في المغسلة ثم اغسل الكؤوس بالماء . ثم املأ كأسين منها بما تبقى محلول الملون الغذائي الأزرق من تحضيراتك. سخن أحد الكأسين في الميكرويف لحوالي ثلاثين ثانية حتى يسخن بمقدار قليل. ضع محلولي الملون الغذائي البارد والساخن بجانب بعضهما وأضف حوالي عشرين قطرة من المبيِّض إلى كل منهما. كيف يتغير اللون في كلا الكأسين؟ هل يتفاعلان بشكل مختلف اعتماداً على أن أحدهما ساخن والآخر بارد؟ ما هو الاختلاف؟
  • خطوة إضافية : أعد النشاط مع استخدام كل الألوان ولكن في هذه المرة أضف مقدار ملعقة شاي من المبيِّض لكل لون في نفس الوقت. ثم ابدأ بتشغيل الميقاتية وقِس كم يستغرق كل لون من الوقت حتى يختفي. أي لون تمت إزالته بسرعة و أي محلول استغرق وقتاً أطول ليصبح عديم اللون ؟ هل يمكن أن تشرح ملاحظاتك؟

الملاحظات والنتائج :

هل كنت ناجحاً في جعل الألوان المختلفة تختفي؟ على الأرجح نعم.

تعد جميع الملونات الغذائية بمثابة جزيئات تحمل الكثير من مركبات الكروموفور في بنيتها الكيميائية وهذا يجعلها تظهر بألوان الأزرق والأحمر أو الأصفر.

عند إضافة ثلاث قطرات من المبيِّض لكل ملون يجب أن تلاحظ أن اللون الأصفر يتحول بمعظمه فوراً لمحلول عديم اللون وذلك بعد رج الكأس، وهذا بسبب أن القوة التأكسدية للمبيِّض المشار إليها في الأعلى تكسر الروابط الكيميائية وتبدل التركيب الكيميائي للملون لذا يصبح غير قادر على امتصاص الضوء بعدها في مجال الطيف المرئي . إن المحلولين الملونين بالأحمر والأزرق على أية حال لا يصبحان عديمي اللون فوراً بعد إضافة المبيِّض وتبقى بلون مرئي فيما بعد لبعض الوقت. وسبب ذلك أن كل تفاعل كيميائي يحدث بمعدل مختلف . يتفاعل الملون الأصفر بسرعة كبيرة جداً مع المبيِّض وهذا يفسِّر تحوله لعديم اللون مباشرةً.

يتفاعل الملونان Bleu1 و Red3 وهي الصبغات التي تلون المحاليل باللونين الأزرق والأحمر بمعدل تفاعل أبطأ، رغم أنّ تغير اللون لم يحدث فوراً يجب أن تشاهد أنه بعد فترة ستختفي أيضاً.

تعد ألوان البرتقالي والأخضر بالإضافة إلى البنفسجي مزائج من لونين مختلفين، وحالما يضاف المبيِّض إلى هذه المحاليل فإن أحد اللونين في المزيج سيتفاعل بشكل أسرع مع الهيبوكلوريت أكثر من الملون الآخر وهذا يفسّر أن أحد اللونين يختفي بينما يبقى الملون الآخر مرئي.

يعد اللون البرتقالي مثلاً مزيج من اللونين الأصفر و الأحمر – وبسبب أن اللون الأصفر يتأكسد بشكل أسرع فإن المحلول ذي اللون البرتقالي يتحول إلى الأحمر، وبشكل مشابه فإنّ اللون الأخضر هو مزيج من الأزرق والأصفر وبالتالي سيتحول للون الأزرق بعد أن يتمّ أكسدة الملون الأصفر، وإذا قمت بإنجاز الخطوة الإضافية باستعمال المحلول ذي اللون البنفسجي يجب أن تلاحظ أن المحلول يتحول للون الأزرق وذلك بسبب أن الملون الأحمر يتفاعل مع المبيِّض بشكل أسرع من الملون الأزرق، وإذا قست كم يستغرق كل ملون من الزمن ليختفي يجب أن تستنتج أن اللون الأصفر يتأكسد بشكل أسرع ثم يليه الأحمر وبعدها الأزرق.

إنّ أحد طرق تسريع التفاعل الكيميائي هي إضافة المزيد من المواد المتفاعلة وهذا ما يفسِّر أن اللونين الأزرق والأحمر يختفيان بشكل أسرع عند إضافة المزيد من المبيّض للمحلول. ويعد رفع درجة الحرارة أيضاً طريقة أخرى لتسريع معدل التفاعل . أي حالما نسخن محلول الملون الغذائي سيختفي اللون بشكل أسرع مقارنة بالمحلول البارد حتى لو أضفت نفس الكمية من المبيّض.

التنظيف

يمكنك التخلص من كل المحاليل الملونة ( بما فيها تلك التي أضفت إليها المبيّض) في المغسلة . ثم دع الماء يبقى جارياً فيها لمدة 30 ثانية إضافية بعد أن تسكب كل المحاليل في المغسلة. ثم نشِّف مكان عملك بالمناشف الورقية المبللة.

المصدر:

Svenja Lohner. 10/13/2016. Battling Stains with Bleach. SCIENTFIC AMERICAN. Retrieved (11/3/2016). From: https://www.scientificamerican.com/article/battling-stains-with-bleach/

شارك هذه المادة!