נהרות, ברקים ועצים יפים מציירים את עצמם בזכות קצת כימיה פשוטה

בניסוי הזה נראה איך דבק פלסטי, צבע מאכל וסבון יוצרים ציור שמצטייר מעצמו, וחוזר על עצמו.

ציוד וחומרים

  • דף נייר
  • צבעי מאכל
  • דבק פלסטי לבן
  • סבון כלים
  • שיפוד עץ
  • קערית

הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:

תודה לוורד שפירא שהביאה לידיעתי את הניסוי

דבק פלסטי

דבק פלסטי הוא בעצם הוא תמיסה של מים שבהם מומסים חומרי הדבק. החומרים האלה הם פולימרים - מולקולות ענקיות שמורכבות מהרבה (פולי) יחידות (מר) יחידות דומות המחוברות זו לזו ויוצרות שרשראות של אלפי יחידות. פלסטיקים הם אולי הפולימרים המוכרים ביותר. הפולימר העיקרי שממנו מורכב דבק פלסטי נקרא פּוֹלִי-וִינִיל-אַצֶטָט (PVA), ומהשם אפשר להבין שהוא בנוי מהרבה יחידות של החומר 'ויניל-אצטט'. כמו-כן הדבק מכיל גם מעט מהפולימר פּוֹלִי-וִינִיל אַלְכּוֹהוֹל (שגם ראשי התיבות שלו באנגלית הם PVA). למעשה, עם הזמן, הפולי-ויניל אצטט שבדבק מתפרק והופך לפולי-ויניל-אלכוהול ול'אצטט' – שזה חומץ. אם תרחרחו דבק פלסטי תוכלו להרגיש בבירור בריח של חומץ – תוצר הפירוק האיטי שלו.

מבחינה כימית הם נראים בערך ככה, אם די זה כמובן רק רישום, ולא הצורה האמיתית: 

מבנה סכמתי של הפולימרים בדבק פלסטי (ימין) והמבנה הכימי – חלק משרשרת פולי-ויניל-אצטט למעלה, ופולי-ויניל-אלכוהול למטה
מבנה סכמטי של הפולימרים בדבק פלסטי (ימין) והמבנה הכימי של שרשרת פולי-ויניל-אצטט (למעלה) ופולי-ויניל-אלכוהול (למטה) | צילום: רועי חובני, איור: אבי סאייג

ה"שרשרת" בפולימר היא שרשרת של אטומי פחמן, ואליה מחוברות קבוצות האלכוהול (בסימון כימי OH), או האצטט (בסימון כימי OCOCH3), והן משמשות מעין 'ווים': זו הסיבה שדבק פלסטי נקשר ומדביק מצויין חומרים כמו עץ או נייר: הקבוצות הללו פשוט יוצרות קשרי מימן עם קבוצות כימיות דומות בעץ או בנייר – וכך הדבק מדביק. המים בדבק משמשים כממס, וכאשר הדבק מתייבש (המים מתאדים) נשאר לנו רק פולימר דבוק לחומר שאותו רוצים להדביק.

שרשראות הפולימר הארוכות שמסובכות וקשורות זו לזו, כמו בסיר עם ספגטי, גורמות לדבק להיות מאוד סמיך, ולכן כאשר אנו מטפטפים טיפה של צבע על הדבק היא כמעט ולא מצליחה להתפשט על פניו, ונשארת כפי שטפטפנו אותה.

סבון כלים

מבחינה כימית גם סבון הכלים בנוי ממולקולות ארוכות, אולם הרבה פחות מפולימרים (להרחבה, ראו ציורי מולקולות בקישור למעלה). מה שמייחד סבונים ודֶטֶרְגֶנְטִים (סבונים סינתטיים) זה שהמולקולות שלהם בנויות משרשראות ארוכה (זנב) של חומר הדומה במבנה הכימי לשמן, ו'ראש' בעל מטען חשמלי שיכול להיקשר טוב למים. בגלל שחומרים דומים נמסים טוב זה בזה מצליח הסבון להיות מין חומר מקשר בין שמן למים: ה'זנבות' שלו ממיסים שמן, ובזכות הראש, הכל מתמוסס במים.

נהרות, ברקים, עצים ופרקטלים

כאשר אנו מוסיפים טיפה של סבון לצבע, הוא מחבר אליו את מולקולות הדבק וכך מפלס דרך לצבע לזרום ולהתפשט. נוצרים לנו מעין יובלי זרימה או ענפים של עץ – בכל מקום שבו זרם הצבע. מכל ענף ממשיכים להתפצל עוד ענפים משניים ומהם עוד ענפים קטנים יותר וכך נוצר הציור היפה שדומה לנהר, או ברק או ענפי עץ.

הצורות הללו (עצים, ברקים, נהרות ומה שיצרנו בניסוי) נקראות פְרַקְטָלִים. אלה צורות מיוחדות בעלות דמיון עצמי – כל חלק שלהן דומה לשלם. כלומר אם נבחן בזכוכית מגדלת כל תת ענף, נראה שהוא נראה כמו הענף הגדול שממנו הוא יצא, וכן הלאה לגבי תת ענפים יותר קטנים. הפרקטלים נפוצים מאוד בטבע.