كيف يمكن للماء والزيت أن يختلطا

كيف يمكن للماء والزيت أن يختلطا؟

تمكّن علماء الكيمياء من جعل الزيت والماء يتفاعلان ويندمجان من خلال استخدام بعض المواد الكيميائية؛ كـالمنظفات التي تعمل كمستحلبات تُساهم في مزج قطرات الماء والزيت مع بعضهما، بالإضافة إلى خافضات للتوتر السطحي للماء ممّا يُحسّن من تفاعل الماء مع الزيت،^[١] ويجدر بالذكر أنّ الوضع الطبيعي هو انفصال الماء والزيت عن بعضهما عند جمعهما معاً في وعاء؛ حيث يطفو الزيت على سطح الماء، وحتى في حال اختلاطهما معاً أثناء تحريكهما أو سكبهما معاً؛ فسينفصلان سريعاً، ومن أمثلة الأخرى على المستحلبات العديد من الأطعمة، مثل: حليب الشوكلاتة، والبيض، والكريمة، إذ يجبر الخفق القوي المكونات على الاختلاط معًا.^[٢]

يُطلق العلماء على الزيت بأنّه مادة كارهة للماء نظراً لأنّه لا يذوب فيه، فهو على عكس السكر الذي يُصنّف من المواد المحبة للماء ويذوب فيه بسرعة، وعند دمج مادة كارهة للماء؛ كالزيت مع الماء فإنّها تتنافر، ولا تستطيع إحداهما الاندماج مع الأخرى، وهنا تكمن أهمية المستحلب الذي يستطيع دمجهما، ويمتاز بمكوناته التي تتألف من مواد كارهة للماء وأخرى محبة للماء، حيث تتمكّن الأجزاء الكارهة للماء من الاختلاط مع الزيت، بينما تختلط الأجزاء المحبة للماء مع الماء، ممّا يُؤدي ذلك إلى إجبار المادين على الاندماج مع بعضهما.^[٢]

تُعرّف المستحلبات (بالإنجليزية: Emulsions) بأنّها مزيج من نوعين أو أكثر من السوائل، وهي أشبه ما يكون بقطرات ذات حجم صغير ميكروسكوبي تنتشر عبر بعضها البعض، وتتشكل هذه القطرات عادةً بشكلٍ طبيعي من مكونات السوائل الطبيعية أو بشكلٍ اصطناعي باستخدام بعض الآليات؛ كالتحريض، وذلك بشرط أن لا يكون بين هذه السوائل المختلطة أي نوع من الذوبان المتبادل، وتُثبت المستحلبات معاً باستخدام بعض العوامل التي تعمل كغشاء على سطح هذه القطرات؛ فتمنعها من الذوبان والارتباط معاً، وتمنحها استقراراً ميكانيكياً نوعاً ما، أما المستحلبات غير المستقرة فتقسم إلى شكلين من الطبقات السائلة، بينما تُحول المستحلبات المستقرة إلى غير مستقرة بتدمير عوامل الاستحلاب أو إلغاء تنشيطه، وذلك بإضافة مواد أو عناصر طرف ثالث مناسبة، أو من خلال التجميد أو التسخين.^[٣]

يمكن للماء والزيت أن ينفصلا من خلال عوامل مساعدة تعرف باسم المستحلبات، كالمنظفات، والبيض، والكريمة، وحليب الشوكلاتة، وهي عبارة عن مواد مؤلفة من مواد كارهة للماء وأخرى محبة له، وبالتالي تندمج المكونات الكارهة للماء مع الزيت، أما المحبة له فتندمج معه، مما يجبر كل من الزيت والماء على الاندماج معًا.

خطوات خلط الزيت مع الماء

فيما يأتي طريقة خلط الماء بالزيت بالتفصيل:^[٤]

الأدوات اللازمة

• كوب من الماء.
• كوب من الزيت النباتي.
• 2 ملعقة صغيرة من صابون غسيل الأطباق.
• ملون غذائي.
• عبوة زجاجية بغطاء محكم.

طريقة الخلط

• سكب كوب الماء في العبوة الزجاجية.
• إضافة القليل من ملون الطعام للماء، ثم رج العبوة جيداً حتى يتغير لون الماء.
• سكب كوب الزيت في العبوة فوق الماء، ويلاحظ انفصاله عن الماء، وبقائه في الأعلى.
• إغلاق الزجاجة بإحكام، ثم رجها جيداً لمدة تتراوح بين 15-20 ثانية.
• وضع الزجاجة على سطح مستوٍ، ثم العودة إليها بعد عدة دقائق، ويُلاحظ هنا أن الماء والزيت اختلطا لبضع ثوانٍ من الوقت، إلا أنّهما انفصلا من جديد بعد مرور عدة دقائق.
• إزالة غطاء العبوة الزجاجية، ثم وضع ملعقتي سائل غسيل الأطباق.
• إغلاق الزجاجة من جديد ورجها لمدة 15-20 ثانية مجدداً.
• وضع الزجاجة على سطح مستوٍ، إذ تظهر النتيجة بعد دقيقتين، حيث سيندمج الزيت والماء، ولن ينفصلا مع مرور الوقت.

لماذا لا يختلط الزيت والماء معاً؟

يعود التفسير المنطقي والعلمي لعدم اختلاط الماء والزيت معاً إلى أنّ جزيئات الماء ترتبط معًا عبر روابط هيدروجينية، بينما لا يحتوي الزيت على أي جزء قطبي للتفاعل مع الماء، ويتألف من روابط هيدروكربونية،^[٥] وبالتالي فإن الذوبان في الماء يحتاج لتكسير الروابط الهيدروجينية لجزيئات الماء، ونظراً لعدم قدرة الزيت على ذلك فإنّه يبقى منفصلاً عن الماء، وهذا هو سبب طفو الزيت فوق الماء، على عكس الصابون الذي يُستخدم لتنظيف الزيوت والدهون؛ حيث يحتوي أحد طرفيه على جزء قطبي، وبالتالي فهو قابل للذوبان في الماء، في حين أنّ الطرف الثاني غير قطبي ويتشابه مع الزيت والدهن ممّا يجعله قابل للذوبان والاندماج في الزيت أيضاً، وعليه يتمكّن كل من الزيت والماء من الاندماج معاً.^[٦]

طرق فصل الزيت عن الماء

يوجد عدة طرق لفصل المخاليط، ومنها طرق لفصل الزيت عن الماء، ومن أبرزها ما يأتي:^[٧]

• الفصل بالحرارة: تعمل الحرارة على فصل الزيت عن الماء عند درجات معينة، حيث تُسهم بزيادة نسبة اللزوجة في الزيت؛ الأمر الذي يسمح لجزيئاته بالانفصال عن الماء، نتيجة زيادة كثافتها.
• الفصل بالجاذبية: أو فصل بالثقل، (بالإنجليزية: Gravity Seperation)؛ وتُعدّ أكثر الطرق شيوعاً لفصل مستحلب الزيت، حيث يمتلك كل من الزيت والماء جاذبية تختلف عن الآخر، بالتالي يُسهم اختلاف الزيت والماء في الكثافة بانفصالهما عن طريق الجاذبية في الحالات المستقرة.
• وقت الاستبقاء: (بالإنجليزية: Retention Time)؛ إذ يحدث الانفصال مع مرور الوقت، نظرًا لأن السائل مع مرور الوقت ينفصل نتيجة اختلاف الكثافة، ويُعرّف وقت الاستبقاء بأنّه مقدار الوقت الذي يبقى فيه السائل في حالة الثبات.

يمكن خلط الزيت مع الماء باستخدام تجربة إضافة أحد المستحلبات كالمنظفات إلى خليط الماء والزيت، لكن قد يتبادر إلى الذهن سبب عدم اختلاط الزيت والماء معًا، ويعود السبب في ذلك إلى اختلاف الروابط الكيميائية في كل منهما، الأمر الذي يمنعهما من الذوبان معًا، ويمكن فصل الزيت عن الماء بعد دمجهما باستخدام المستحلبات باستخدام الحرارة، أو الجاذبية، أو الاستعانة بوقت الاستبقاء.

المراجع

1. ↑ Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (29/7/2019), "Why Oil and Water Don't Mix", thoughtco, Retrieved 25/6/2021. Edited.
2. ^ ^{أ ب} "Emulsion: Definition & Examples", study, Retrieved 25/6/2021. Edited.
3. ↑ "Emulsion", byjus, Retrieved 25/6/2021. Edited.
4. ↑ "Mixing Oil & Water Science Experiment", coolscienceexperimentshq, Retrieved 25/6/2021. Edited.
5. ↑ "6.3.1: Entropy and Solubility: Why Don’t Oil and Water Mix?", libretexts, Retrieved 25/6/2021. Edited.
6. ↑ "Why oil and water do not mix.", fscj, Retrieved 25/6/2021. Edited.
7. ↑ "6 Ways to Separate an Oil and Water Emulsion", kimray, Retrieved 25/6/2021. Edited.