999 Experimenteerdoos 
Bellen Blazen

Datum: Juli 2006

Principe:

Experimenten met zeepbellen.

Materiaal:

999 heeft een experimenteerdoos uitgebracht waarmee men experimenten kan doen met zeepbellen. De doos bevat tevens een uitgebreide experimenteerhandleiding.

Resultaten en uitvoering:
Grote bellen tussen je handen maken.
Binnen in een kubus maar ook in ander geometrische vormen kun je prachtige zeepbelvormen creëren.

Mooie bellen blazen met een trechter en vervolgens bellen blazen in die bellen.



Bellen in bellen blazen

3 bellen aan elkaar.

Ze bibberen nogal, vandaar de ietwat vage foto.

Met deze doos en zijn uitstekende handleiding zijn nog meer experimenten uit te voeren. Deze vond mij dochter echter de leukste.

De zeepfilmen die zich vormen tussen de ribben van de kubus of andere driedimensionale structuren die men ook kan bouwen doen dit volgens de wetten van de fysica. De structuur die uiteindelijke gevormd wordt is degene die een minimale energie vertegenwoordigd door het kleinst mogelijke oppervlak te vormen. Het is echter ook zo dat hoe ingewikkelder de structuur is des te meer mogelijkheden er zijn om een minimaal oppervlak te verkrijgen voor dezelfde structuur. Er zijn dus verschillende stabiele toestanden van minimale energie voor een bepaalde structuur.

Uit de literatuur hierbeneden kun je afleiden dat ook op wiskundig gebied (minimaal oppervlaktes) zeepbellen veel uitdagingen bevatten. Er is dan ook veel over geschreven.

Opmerkingen:

  • Recepten voor goede zeepsop:
    - 8 eetlepels afwasmiddel, 250 ml water en 1 eetlepel suiker
    - 10 ml Dreft, 200 ml gedestilleerd water en 1 ml glycerine
    - 1 l gedestilleerd water met 2 tot 3 eetlepels afwasmiddel en 1 theelepel glycerine
    - Voor reuzenbellen:
       Los 500 g suiker in 1 liter warm water. Meng vervolgens 750 ml afwasmiddel met 1 liter water. 
       Meng 60 ml glycerine en 5 l water door elkaar. Meng de drie oplossingen goed door elkaar. 
       Laat het mengsel voor gebruik minimaal enkele uren staan.

  • Google zoekwoorden: zeepbellen, soap bubbles, soap film

  • Dit is van oorsprong een experimenteerdoos van Kosmos.

  • Men kan beter gedemineraliseerd water gebruiken dan gewoon kraanwater. Gewoon kraanwater bevat kalk dat de levensduur ven een zeepbel negatief beïnvloedt. Glycerine en suiker zorgen ervoor dat de oplossing viskeuzer (stroperiger) wordt hetgeen resulteert in een dikker zeepvlies hetgeen weer positief is voor de levensduur van een zeepbel.

Literatuur:

  • Hans van Lint en Jeanne Breeman; 'Zeepvliezen - wetenschap en vermaak'; Epsilon; 2004; ISBN 9050410847.
  • CV Boys; 'Soap-Bubbles - their colours and the forces which mold them'; Dover; 1959; ISBN 0486205428.
  • Almgren, F. en J. Taylor. 'The Geometry of Soap Films and Soap Bubbles.' In: Scientific American 235, pp. 82-93, juli 1976.
  • Hans Morelis; ''Zeepbellen''; Archimedes; juni 1987 23(5); p. 1-11.
  • Mulder, Henk, ''Platte bellen blazen.''; Archimedes; februari 1992 28(3); p. 8-11, .
  • Smits, Theo, ''Staande golven in zeepvliezen''; Archimedes; maart 1986 22(3); p. 23-25, .
  • Stefan Hildebrand en Anthony Tromba; 'Architectuur in de Natuur - De weg naar de optimale vorm'; Natuur&Techniek; 1985 (1989); ISBN 9070157810.
  • G. Carriere; 'Zeep graadmeter van de beschaving?'; DJO; juni/juli 1983 6; p. 176,177.
  • Kathryn R. Williams; 'Clean Chemistry: Entertaining and Educational Activities with Soap Bubbles'; Journal of Chemical Education; 2002 79(10); p. 1168, 1169.
  • 'Bubble, Bubble, Toil and Trouble';  Journal of Chemical Education; 2001 78(1); p. 40A, 40B.
  • Sanae Sato; 'Invitation to Chemistry through a Large Soap Bubble Chamber'; Journal of Chemical Education; 1988 65(7); p. 616-618.

Relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Zeepmoleculen

Detergentia (waaronder ook de zepen vallen) bestaan uit lange moleculen waarvan we gemakshalve zeggen dat ze een kop en een staar hebben. De kop is polair en zit daarom graag in water (dat ook polair is) terwijl de staart apolair is en daarom juist niet graag in water zit. Men spreekt ook wel van hydrofiel (zit graag in het water) en hydrofoob (zit juist niet graag in water). Het kenmerk van deze stoffen is dus dat ze bij voorkeur op het grensvlak van niet-mengbare stoffen gaan zitten (bv olie/water). De staart hangt dan in de apolaire stof (de olie) terwijl de kop in het polaire water hangt. Men noemt deze stoffen dan ook wel oppervlakte actieve stoffen en in het engels "surfactants". 
Chemisch gezien kunnen we bovenstaand gedrag op verschillende manieren voor elkaar krijgen. Voor het apolaire deel (R) volstaat het om een lange alkaan keten ter beschikking te hebben {(CH2)n}. Bij de polaire kop heeft men echter meer mogelijkheden.  
Men spreekt van anionische detergentia indien deze kop negatief geladen (bv  R-SO3- of R-COO-)  is en kationische detergentia indien deze positief geladen is. 
Het contact met water kan op twee manieren plaatsvinden omdat het watermolecuul een dipoolmoment (een zwakke ladingsverdeling)  bezit ( de O is - en de H's zijn +). Bij anionische detergentia zal het water rond de kop dus voornamelijk via's de H's uitgelijnd zijn. 
Detergentia verlagen de oppervlaktespanning door zich aan het oppervlak te concentreren. Deze verlaging is de basis voor de werking van wasmiddelen. De lange koolwaterstofketens van de zeepmoleculen of -ionen zijn slecht oplosbaar in water (ze zijn hydrofoob). Ze kunnen hun energie verlagen door door met de lucht naar het oppervalk te bewegen. Daar is schuimvorming een mogelijkheid om het grensvlak vloeistof-lucht te vergroten. De warmtebeweging van de moleculen heeft echter de neiging ze uniform door de oplossing te verspreiden. Er ontstaat dan een evenwicht waarbij de concentratie van zeepmoleculen aan het oppervlak groter is dan in de bulk. 
In een zeepbel hebben we nu te maken met een bolvormige schil van vloeistof die gevuld is met lucht en omringd is met lucht. Alle zeepmoleculen die in de grenslaag vloeistof-gas zitten hebben een hogere energie en willen we nu het oppervlak verhogen (de bol groter maken) dan zullen we extra energie moeten toevoegen.
Beschouwen we een zeepfilm die opgehangen is een draadraam zoals weergegeven is in de onderstaande figuur. Indien we het vlies groter willen maken door de beweegbare draad naar rechts te bewegen dan moeten we een beetje kracht uitoefenen. 

Deze kracht is nodig om de microscopische krachten tussen de moleculen op het lucht-gas interface  te overwinnen. Deze microscopische krachten staan loodrecht op elke lijn in het oppervlak en de kracht die door deze krachten per lengte-eenheid gegenereerd wordt noemt men de oppervlaktespanning ss met als eenheid N/m. Dientengevolge noemt men de arbeid die samenhangt met het vergroten van de film de oppervlakte spanning arbeid. Ze wordt bepaald uit (in kJ):

waarin dA = 2.b.dx de verandering in het oppervlak van de film is. De factor 2 komt doordat er twee oppervlaktes in contact met lucht staan. De kracht die op de beweegbare draad wordt uitgeoefend als gevolg van de oppervlaktespanning effecten is F=2.b. ss waarin ss de oppervlaktespanning per lengte-eenheid is.

17-01-2017