Çöp Şiş Balon Deneyi: Bir Balona, Balonu Patlatmadan Şiş Saplayabilir miyiz?

Hayatta bazı şeyler birbiriyle bir araya getirilmemelidir: Kediler ile köpekler... Petrol ile ateş... Sivri cisimler ile balonlar... Bu deneyimizde bizi ilgilendiren, bu ikililerden sonuncusu olacak; çünkü hepimiz bir balona bir iğneyi saplayacak olursanız onu patlatacağınızı bilirsiniz. Ama ya birazcık bilim sayesinde, bırakın iğneyi, balonunuza tahtadan veya metalden bir çöp şiş bile saplayacak olsanız onu patlatmayacağınızı söyleseydik?

Çöp Şiş ve Balon Deneyi

Malzemeler

Bu deney için ihtiyacınız olan şeyler fazlasıyla basit:

• Birkaç tane balon,
• Birkaç tane çöp şiş,
• Vazelin (Parafin yağı)

Eğer vazelin bulamazsanız pişirme yağı veya bulaşık deterjanı da kullanabilirsiniz.

Deneyin Basamakları

• Balonu şişirin. Balonun ağzını bağlayın.
• Balonunuzu inceleyin. Bağladığınız ağız kısmının ve onun tam zıttının (balonun öteki ucunun) diğer kısımlardan daha kalın olduğunu fark edin.
• Çöp şişinizi vazelin, yağ veya deterjan kullanarak ince bir tabakayla kaplayın. Bunu yaparken elinize kıymık batmadığından emin olun.
• Çöp şişin sivri tarafını, balonun bağladığınız ağız kısmındaki kalın alana saplayın. Şişi kendinize batırmadığınızdan emin olun. Çok sert hareketlerden kaçının ve gerekirse şişi döndürerek sokmaya çalışın.
• Şişi balon boyunca geçirin ve diğer uçtaki kalın tarafa saplayın. Şiş, balonu yırtıp diğer uçtan çıkana kadar şişi itin.
• Bu noktada şişi çıkarsanız bile balon patlamayacaktır. Tabii ki, zamanla hava kaçırarak ufalacaktır.

Neler Oluyor?

Bir balon, lateks adı verilen bir polimerden oluşur. Farklı tipte birçok polimer vardır, ancak polimerler genel olarak kovalent olarak birbirine bağlanmış, birçok kez kendi kendini tekrarlayan kimyasal birimlerden ("monomer"lerden) oluşan, çok uzun moleküllerdir. Moleküler düzeyde, bu polimerler her birine bir çapraz-bağlantı ağı vasıtasıyla bağlanır. Bu çapraz bağlantılar, polimerlerin gerilmesine izin veren bir ağ oluşturur. Germe sırasında, moleküllerin aynı yönde hizalanmalarına neden olan gerilme kuvveti uygulanır; bu kuvvet kaldırıldığında, çapraz bağlantılar orijinal şekillerine geri dönerler. Bu esneme ve gevşeme becerisi, esneklik olarak adlandırılır. Bir lastik bandı veya sönük bir balonu gerip bıraktığınızda, bu ürünler gerilmemiş forma geri döneceklerdir. Bununla birlikte, polimerleri çok fazla uzatırsanız, tamamen esnerler (sünerler) ve artık eski formlarına geri dönemezler. Örneğin lastik bir bandı çok çekerseniz kopar; bir balonu şişirip söndürürseniz, balonun ilk boyutundan daha iri bir boyuta döndüğünü görürsünüz.

Dinlenme halindeyken polimer molekülleri amorf bir düzene sahiptirler (yani yönelimleri birbirinden tamamen bağımsızdır) ve serbestçe hareket edebilirler. Bununla birlikte, birbirlerinden ayrılmak konusunda isteksizdirler ve yüksek bir entropiye sahiptirler. Gerilme halindeyken ise polimerler benzer bir yönde daha organize olurlar ve bu nedenle daha düşük entropi seviyelerine sahiptirler.

Bu deney gösterimini yaparken, ucu balonun bağlandığı ağzın yakınına sokma nedenimiz, balonun bu kısmının diğer kısımlarından daha az gerilmiş olmasıdır. Bu da şişin bazı polimer çapraz bağlantılarını kırmasına ve balonu patlatmadan kauçuk moleküllerini kenara itmesine izin verir. Vazelin, şişi balonun içine soktuğunuzda açılan deliği tıpayla kapatır ve havanın kaçmasını önler.