Tiede kuinka lima toimii

Tiedät lima. Olet joko tehnyt siitä tiedeprojektina tai puhallut nenän luonnollisen version. Tiedättekö mikä tekee lima eroon tavallisesta nesteestä? Tässä katsotaan tiedettä, mikä lima on, miten se muodostuu ja sen erityisominaisuudet.

Lima virtaa kuin neste, mutta toisin kuin tutut nesteet (esim. Öljy, vesi), sen kyky virrata tai viskositeetti, ei ole vakio. Joten se on nestettä, mutta ei tavallista nestettä. Tutkijat kutsuvat viskositeettia muuttavaa materiaalia ei-Newtonin nesteeksi. Tekninen selitys on, että lima on neste, joka muuttaa kykyään vastustaa muodonmuutosta leikkaus- tai vetolujuuden mukaan.

Tämä tarkoittaa, että kun kaatat limaa tai annat sen vuotaa sormien läpi, sen viskositeetti on pieni ja virtaa kuin paksu neste. Kun puristat ei-newtonilaista limaa, kuten haukkoa, tai punnat sitä nyrkilläsi, se tuntuu kovalta kuin märkä kiinteä aine. Tämä johtuu siitä, että stressin puristaminen liman hiukkaset puristaa yhdessä, jolloin niiden on vaikea liukastua toisiaan vastaan.

Useimmat limalajit ovat myös esimerkkejä polymeereistä. Polymeerit ovat molekyylejä, jotka on valmistettu kytkemällä toisiinsa alayksiköiden ketjut.

Liman luonnollinen muoto on limakalvo, joka koostuu pääasiassa vedestä, glykoproteiinimusiinista ja suoloista. Vesi on tärkein ainesosa myös tietyntyyppisissä ihmisen tekemissä limaissa. Klassikko tiedeprojektin lima resepti sekoittaa liimaa, booraksia ja vettä. Oobleck on seos tärkkelystä ja vettä.

Muun tyyppiset limat ovat pääasiassa öljyjä eikä vettä. Esimerkkejä ovat Typerä kitti ja elektroaktiivinen lima.

Tyyppisen liman toiminnan erityispiirteet riippuvat sen kemiallisesta koostumuksesta, mutta perusselvitys on, että kemikaalit sekoitetaan polymeerien muodostamiseksi. Polymeerit toimivat verkkona molekyylien liukuessa toisiaan vastaan.

Tarkastele erityistä esimerkkiä kemiallisista reaktioista, jotka tuottavat klassisen liima- ja booraksilian:

1. Kaksi ratkaisua yhdistetään klassisesta limaksi. Yksi on laimennettu koululiima tai polyvinyylialkoholi vedessä. Toinen ratkaisu on booraksi (Na₂B₄O₇.10H₂O) vedessä.
2. Borax liukenee vedessä natriumioneiksi, Na⁺, ja tetraboraatti-ioneja.
3. Tetraboraatti-ionit reagoivat veden kanssa OH: n tuottamiseksi^- ioni ja boorihappo:
   B₄O₇^2-(aq) + 7 H₂O4H₃BO₃(aq) + 2OH^-(Aq)
4. Boorihappo reagoi veden kanssa muodostaen boraatti-ioneja:
   H₃BO₃(aq) + 2H₂O B (OH)₄^-(aq) + H₃O⁺(Aq)
5. Vety sidokset muodostuvat liimasta saatujen polyvinyylialkoholimolekyylien boraatti-ionin ja OH-ryhmien välillä yhdistämällä ne toisiinsa uuden polymeerin: lian muodostamiseksi.

Silloitettu polyvinyylialkoholi vangitsee paljon vettä, joten lima on märkä. Voit säätää liman konsistenssia säätämällä liiman ja booraksin suhdetta. Jos sinulla on ylimäärä laimennettua liimaa verrattuna booraksiliuokseen, rajoitat silloitusten määrää, jotka voivat muodostaa ja saada nesteemmän liman. Voit myös säätää reseptiä rajoittamalla käytetyn veden määrää. Voit esimerkiksi sekoittaa booraksiliuoksen suoraan liimalla, jolloin muodostuu erittäin jäykkä lima.