2.154. Осциллятор из куриного жира

В середину узкого блюда, куда налиты аммиак и средство для мытья посуды, поместим капельку жидкого куриного жира от приготовленной курицы. Почему эта капелька пульсирует?

ОТВЕТ • В середине 1970-х годов этот эффект открыл Джеффри Мэй, преподаватель химии средней школы в Уэстоне. Он пытался отмыть сковородку, на которой жарил курицу. Мэй налил в сковородку горячую воду, а затем добавил нашатырный спирт и жидкое мыло. На поверхности воды образовались масляные линзочки (островки), начавшие пульсировать. Когда, чтобы приостановить испарение аммиака, он закрыл сковородку крышкой, пульсации прекратились. Мэй объяснил это явление, предположив, что благодаря взаимодействию молекул мыла и масла каждая линзочка имеет «мембрановидное» покрытие.

В других сходных системах тоже проявляются колебания поверхностного натяжения. В нашем случае аммиак медленно смывает масло с куриного жира, после чего оно диффундирует (постепенно распространяется) по воде. Наличие масла уменьшает поверхностное натяжение вокруг капли. Поскольку вдали от капли поверхностное натяжение больше, жидкость вокруг капли оттягивается от нее в радиальном направлении, заставляя саму каплю расширяться.

Однако растекающееся масло наталкивается на молекулы мыла на поверхности воды. Теперь частички масла окружены молекулами мыла, образующими похожую на пену структуру, которая называется афрон, где гидрофобные (отталкивающие воду) концы каждой молекулы мыла направлены в масло, а гидрофильные (притягивающие воду) концы выставлены в воду. Когда масло «попадает в ловушку», поверхностное натяжение воды возрастает, что заставляет каплю вернуться в исходное состояние.

Затем цикл «расширение — сжатие» повторяется, поскольку движение растекающегося по поверхности воды масла приводит к притоку в это место воды и аммиака. Следовательно, новая порция аммиака попадает на капельку жира, и начинается новый цикл. Закрытие крышки прекращает испарение аммиака с поверхности капли, стабилизирует его концентрацию и закрывает цепь обратной связи и, следовательно, колебания.