בניסוי הזה נכין את מה שמכונה "פצצת אמבטיה" – שילוב של חומרים שכאשר שמים אותם במים מתחילה תגובה כימית שיוצרת 'חגיגה' של בועות גז, צבעים ריחות ושמנים באמבט.
ציוד חומרים
- מלח לימון (יש במדף התבלינים בכל מרכול)
- אבקת סודה לשתייה
- עמילן תירס (קורנפלור)
- שמן תינוקות או שמן שקדים
- בושם או תמצית ריח בניחוח שאוהבים
- צבע מאכל על בסיס ג'ל
- כף
- כפית
- מים
- קערה
- תבנית סיליקון
- טפטפת (לא חובה, אפשר לטפטף מכפית)
סתירה שיוצרת גז
בניסוי הזה תגובה כימית בין שני חומרים יוצרת גז שמבעבע במים ועוזר לפורר את פצצת האמבטיה ולערבב את שאר החומרים המרכיבים אותה בתוך המים. שני החומרים הם אבקת סודה לשתייה ומלח לימון, והגז שנוצר הוא פחמן דו-חמצני (CO2). סודה לשתייה, או בשמה המדעי נתרן מימן-פחמתי (סודיום ביקרבונט) שייכת למשפחה של חומרים בשם בסיסים פחמתיים או קרבונטים, משום שהם מכילים קבוצה כימית בשם קרבונט, CO3. מלח לימון, שנקרא גם חומצת לימון או חומצה ציטרית (ובאמת נמצאת בתוך לימון!), שייך למשפחת החומרים שנקראים חומצות. המיוחד בחומצה הזאת שהיא מוצקה בטמפרטורת החדר – ונראית דומה לגרגירי מלח. החומצות והבסיסים סותרים זה את זה – כלומר מגיבים זה עם זה בתגובה כימית מהירה שהתוצאה שלה היא סתירה או ביטול התכונות של החומצה והבסיס. לבסיסים קרבונטים יש עוד תכונה מיוחדת: בתגובת הסתירה שלהם עם חומצה נפלט גז פחמן דו-חמצני. הרבה ניסויים ביתיים מבוססים על התכונה הזאת כמו הניסוי הר געש של קצף או ניפוח בלון בעזרת הכוח של הכימיה – רק שבהם החומצה היא חומץ, שזאת חומצה נוזלית.
זזים במים
בפצצת אמבטיה, כמו גם בניסוי השקית המתפוצצת שלנו, החומצה היא חומצת לימון – שהיא מוצקה, וכך גם הסודה לשתייה. העניין הוא שמוצקים לא כל כך מגיבים זה עם זה, כי בשביל תגובה כימית החלקיקים הקטנים שהחומר מורכב מהם צריכים לזוז ממקום למקום ולפגוש זה את זה. ומה שמאפיין מוצק זה שהחלקיקים שמרכיבים אותו לא זזים ממקומם – הם צמודים חזק זה לזה. לכן מוצק לא משנה את צורתו כמו נוזל או גז.
זה מה שמאפשר לנו ליצור את מנגנון הפעולה של פצצת האמבטיה – השומר שהיא תתפוצץ רק מתי שאנחנו נרצה – כלומר רק כשנכניס אותה למים. כל עוד החומרים נשמרים כאבקות יבשות הם לא מגיבים זה עם זה. רק כאשר אנו מרטיבים אותם הם מתמוססים במים, ואז החלקיקים שלהם יכולים לזוז, להגיב זה עם זה ולייצר גז. זאת הסיבה שבזמן הכנת פצצת האמבטיה חייבים להקפיד לשים רק כמה טיפות מים, כדי שהתערובת תהיה לחה ונוחה לעיצוב. אם נרטיב אותה יותר מדי – תתחיל להתרחש התגובה הכימית שתפעיל את הפצצה.
באופן כללי, אפשר לרשום בקיצור את התגובה הכימית כך במילים:
סודה לשתייה (מומסת במים) + מלח לימון (מומס במים) מגיבים יחד להיווצרות פחמן דו-חמצני (גז) + עוד כמה חומרים (ראו ההרחבה למטה).
ומה לגבי שאר החומרים שהוספנו? הם לא משתתפים בתגובה הכימית, אבל יש להם תפקידים אחרים:
העמילן, אחרי שנרטב מעט, משמש מעין דבק שמחזיק את כל שאר הרכיבים צמודים יחד. חומרי הצבע והריח – נועדו בדיוק למטרות אלה: מראה נאה וניחוח נעים במי האמבט. שמן לא מתמוסס במים והוא גם צף על פניהם – כמות השמן הקטנה שהוספנו לפצצת האמבטיה תצוף על מי האמבט לאחר שהיא "תתפוצץ". כשנצא מהאמבט נהייה חייבים לעבור דרך השכבה העליונה של המים, זו שמכילה את השמן, וכך הוא יידבק לעורנו בלי שנצטרך למרוח אותו ידנית כמו שנוהגים בשמן תינוקות רגיל.
הרחבה על הכימיה של התהליך
הנוסחה הכימית של סודה לשתייה היא : NaHCO3, הנוסחה הכימית של חומצת לימון היא C6H8O7 והמבנה של המולקולות שמרכיבות אותה הוא כזה:
מבנה כימי של חומצת לימון. כל זווית בין קווים ישרים מסמלת אטום פחמן (C). באדום מסומנים שלושת אטומי המימן (H) החומציים | איור: Oleksandr Drypsiak, Shutterstock
באדום סימנתי את שלושת אטומי המימן ה'חומציים' – שהם אלו שיכולים להגיב כימית עם בסיסים, אם כי לא כל השלושה חייבים להשתתף בתגובה. זה תלוי בסוג הבסיס שמוסיפים ובריכוזו בתמיסה. לפיכך התגובה הכימית המלאה המתרחשת בניסוי היא:
NaHCO3(aq) + C6H8O7(aq) -------> CO2(g) + H2O(l) + NaC6H7O7(aq)
aq – מומס במים, l – נוזל, g – מצב צבירה גזי.
כלומר בתגובה הכימית נוצרים, בנוסף לגז הפחמן הדו-חמצני (CO2) גם מים (H2O) וגם מלח נתרן ציטראט מומס במים (NaC6H7O7(aq)).
הניסוי באדיבות מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע. לעוד ניסויים בנושא ראו: גשם של מיץ פטל, גשם בקופסת זרעים וענן בתוך בקבוק.