Die Wissenschaft vom Schleim

Sie kennen sich mit Schleim aus. Du hast es entweder als wissenschaftliches Projekt gemacht oder dir die natürliche Version aus der Nase gehauen. Wissen Sie, was Schleim von einer normalen Flüssigkeit unterscheidet? Hier ist ein Blick auf die Wissenschaft, was Schleim ist, wie er sich bildet und welche besonderen Eigenschaften er hat.

Was ist Schleim??

Schleim fließt wie eine Flüssigkeit, aber im Gegensatz zu bekannten Flüssigkeiten (z. B. Öl, Wasser) ist seine Fließfähigkeit oder Viskosität nicht konstant. Es ist also eine Flüssigkeit, aber keine normale Flüssigkeit. Wissenschaftler bezeichnen ein Material, das die Viskosität ändert, als Nicht-Newtonsche Flüssigkeit. Die technische Erklärung ist, dass Schleim eine Flüssigkeit ist, die ihre Fähigkeit, Verformungen zu widerstehen, aufgrund von Scher- oder Zugspannungen verändert.

Dies bedeutet, wenn Sie Schleim einfüllen oder ihn durch Ihre Finger sickern lassen, hat er eine niedrige Viskosität und fließt wie eine dicke Flüssigkeit. Wenn Sie einen nicht-newtonschen Schleim wie Oobleck auspressen oder mit der Faust auf ihn schlagen, fühlt er sich hart an wie ein nasser Feststoff. Dies liegt daran, dass durch das Ausüben von Stress die Partikel im Schleim zusammengedrückt werden, wodurch es für sie schwierig wird, gegeneinander zu gleiten.

Die meisten Schleimarten sind auch Beispiele für Polymere. Polymere sind Moleküle, die durch Verbinden von Ketten von Untereinheiten hergestellt werden.

Beispiele

Eine natürliche Form von Schleim ist Schleim, der hauptsächlich aus Wasser, dem Glykoprotein Mucin und Salzen besteht. Wasser ist auch die Hauptzutat in einigen Arten von künstlichem Schleim. Das klassische Wissenschaftsprojekt-Schleimrezept mischt Leim, Borax und Wasser. Oobleck ist eine Mischung aus Stärke und Wasser.

Andere Arten von Schleim sind hauptsächlich Öle und nicht Wasser. Beispiele sind Silly Putty und elektroaktiver Schleim.

Wie es funktioniert

Die Funktionsweise eines Schleims hängt von seiner chemischen Zusammensetzung ab. Die grundlegende Erklärung ist jedoch, dass Chemikalien gemischt werden, um Polymere zu bilden. Die Polymere wirken als ein Netz, wobei Moleküle gegeneinander gleiten.

Betrachten Sie als konkretes Beispiel die chemischen Reaktionen, die zu klassischem Leim-Borax-Schleim führen:

1. Zwei Lösungen werden kombiniert, um klassischen Schleim herzustellen. Einer ist verdünnter Schulkleber oder Polyvinylalkohol in Wasser. Die andere Lösung ist Borax (Na₂B₄Ö₇.10H₂O) in Wasser.
2. Borax löst sich in Wasser in Natriumionen, Na⁺, und Tetraborationen.
3. Die Tetraborationen reagieren mit Wasser unter Bildung des OH^- Ion und Borsäure:
   B₄Ö₇^2-(aq) + 7 H₂O 4 H₃BO₃(aq) + 2 OH^-(aq)
4. Borsäure reagiert mit Wasser zu Borationen:
   H₃BO₃(aq) + 2 H₂O B (OH)₄^-(aq) + H₃Ö⁺(aq)
5. Wasserstoffbrückenbindungen bilden sich zwischen dem Boration und den OH-Gruppen der Polyvinylalkoholmoleküle aus dem Klebstoff und verbinden diese zu einem neuen Polymer: Schleim.

Der vernetzte Polyvinylalkohol fängt viel Wasser ein, so dass der Schleim nass ist. Sie können die Konsistenz des Schleims einstellen, indem Sie das Verhältnis von Klebstoff zu Borax regeln. Wenn Sie im Vergleich zu einer Borax-Lösung einen Überschuss an verdünntem Klebstoff haben, begrenzen Sie die Anzahl der Vernetzungen, die sich bilden und einen flüssigeren Schleim ergeben können. Sie können das Rezept auch anpassen, indem Sie die verwendete Wassermenge begrenzen. Zum Beispiel können Sie die Borax-Lösung direkt mit dem Klebstoff mischen, wodurch ein sehr steifer Schleim entsteht.