Trong nhiều thế kỷ, con người đã dựa vào cellulose để hấp thụ chất tràn, ví dụ như bọt biển, khăn giấy và giấy vệ sinh, nhưng trong nửa sau của thế kỷ 20, các nhà hóa học đã phát hiện ra một thứ mạnh hơn nhiều:Super slurpersĐây là các polymer có khả năng hấp thụ hàng trăm lần trọng lượng của chính nó trong nước, khóa nó vào vị trí mà không trở nên khó xử lý.
Một trong những vật liệu hấp thụ siêu nổi tiếng nhất là natri polyacrylate (SAP). Ngày nay, bạn sẽ tìm thấy nó ẩn trong tầm nhìn rõ ràng trong tã trẻ em, băng bọc vết thương, túi lạnh và thậm chí bao bì thực phẩm.Điều làm cho SAP đáng chú ý là khả năng của nó để lấy một ý tưởng đơn giản absorbing nước và biến nó thành vô số ứng dụng thực tế.
Một bản demo đơn giản với một yếu tố "Wow" lớn
Bạn muốn cho học sinh thấy các nhà hóa học biến thiết kế phân tử thành phép thuật hàng ngày như thế nào?
Đặt một chút bột natri polyacrylate vào một cốc dùng một lần.
Thêm chút nước vào.
Trong vòng vài giây, chất lỏng biến mất và bị mắc kẹt trong một loại gel cứng.
Lộn các cốc như một phần của một trò ảo thuật và khán giả của bạn sẽ bị thuyết phục rằng nước đã biến mất.bột sưng thành gel, giữ hàng trăm lần trọng lượng của nó trong nước.
Để làm thêm một chút xoắn, hãy rắc muối bếp. Đột nhiên, gel sụp đổ, giải phóng chất lỏng bị kẹt.một cách đáng nhớ để cho thấy hóa học có thể tinh chỉnh các tính chất vật liệu trong trường hợp này, sự cân bằng điện tích bên trong polyme.
Chuyện gì đang xảy ra ở cấp độ phân tử?
Sodium polyacrylate bao gồm một xương sống poly ((ethene) dài được trang trí với các nhóm carboxylate tích điện âm.trong khi liên kết chéo giữa các chuỗi tạo ra một cấu trúc xốp.
Thấm: Nước lan ra, tạo ra liên kết hydro với polyme và làm cho vật liệu sưng lên đáng kể.
Chất hấp thụ: Thêm muối và nồng độ natri bên ngoài polymer tăng lên. Nước được rút ra, thu hẹp gel.
Bằng cách điều chỉnh cấu trúc, thay đổi mật độ liên kết chéo hoặc số lượng các nhóm tích điện, các nhà hóa học có thể điều chỉnh hiệu suất của SAP.sử dụng một biến thể với ít carboxylates và cụm chặt chẽ hơn, vì vậy thay vì tạo thành một gel ẩm, nó tạo ra tinh thể mềm mại, giống như tuyết.
Tại sao quan trọng?
Đằng sau bí quyết này là một bài học sâu sắc hơn: những thay đổi nhỏ trong thiết kế phân tử có thể dẫn đến các vật liệu và ứng dụng rất khác nhau.SAP không chỉ là một sản phẩm mới mà còn là một vật liệu giúp cho cuộc sống hàng ngày, từ băng bọc y tế giữ cho vết thương sạch sẽ, đến các dây cáp được bảo vệ khỏi bị hư hỏng bởi nước, đến các giải pháp quản lý chất thải bền vững.
Đó là hóa học không chỉ làm cho chất lỏng biến mất mà còn biến chúng thành cơ hội đổi mới.
