Для дослідів з мильними бульбашками на морозі треба приготувати розведений у сніговий воді шампунь або мило, в який додано невелику кількість чистого гліцерину, і пластмасову трубку від кулькової ручки. Бульбашки легше видувати в закритому холодному приміщенні, так як на вулиці майже завжди дмуть вітри. Великі бульбашки легко видуваються з допомогою пластмасової воронки для переливання рідин.
Міхур при повільному охолодженні замерзає приблизно при -7°C. Коефіцієнт поверхневого натягу мильного розчину незначно збільшується при охолодженні до 0°C, а при подальшому охолодженні нижче 0°C зменшується і стає рівним нулю в момент замерзання. Сферична плівка не буде скорочуватися, незважаючи на те, що повітря всередині міхура стискається. Теоретично діаметр міхура повинен зменшуватися в процесі охолодження до 0°C, але на таку малу величину, що практично це зміна визначити дуже важко.
Плівка виявляється не крихкою, який, здавалося б, повинна бути тонка скоринка льоду. Якщо дати можливість мильній закристаллизовавшемуся міхура впасти на підлогу, він не розіб'ється, не перетвориться в дзвенячі осколки, як скляна кулька, яким прикрашають ялинку. На ньому з'являться вм'ятини, окремі уламки закрутяться в трубочки. Плівка виявляється не крихкою, вона виявляє пластичність. Пластичність плівки виявляється наслідком її малої товщини.
Пропонуємо вашій увазі чотири цікавих досвіду з мильними бульбашками. Перші три досвіду слід проводити при температурі -15...-25°C, а останній - при -3...-7°C.
Досвід 1
Винесіть баночку з мильним розчином на сильний мороз і видуйте міхур. Відразу ж у різних точках поверхні виникають дрібні кристалики, які швидко розростаються і нарешті зливаються. Як тільки міхур повністю замерзне, у його верхній частині, поблизу кінця трубки, утворюється вм'ятина.
Повітря в міхурі і оболонка міхура виявляються більш охолодженими в нижній частині, так як у вершині міхура знаходиться менш охолоджена трубка. Кристалізація поширюється знизу вгору. Менш охолоджена і більш тонка (за набрякання розчину) верхня частина оболонки міхура під дією атмосферного тиску прогинається. Чим сильніше охолоджується повітря всередині міхура, тим більше стає вм'ятина.
Досвід 2
Опустіть кінець трубки у мильний розчин, а потім вийміть. На нижньому кінці трубки залишиться стовпчик розчину заввишки близько 4 мм. Прикладіть кінець трубки до поверхні долоні. Стовпчик сильно зменшиться. Тепер выдувайте міхур до появи забарвлення райдужної. Міхур вийшов з дуже тонкими стінками. Такий міхур веде себе на морозі своєрідно: як тільки він замерзає, так відразу лопається. Так що отримати замерзлий міхур з дуже тонкими стінками ніколи не вдається.
Товщину стінки міхура можна вважати рівною товщині мономолекулярного шару. Кристалізація починається в окремих точках поверхні плівки. Молекули води в цих точках повинні зблизитися один з одним і розташуватися в певному порядку. Перебудова в розташуванні молекул води і порівняно товстих плівках не призводить до порушення зв'язків між молекулами води і мила, найтонші ж плівки руйнуються.
Досвід 3
У дві баночки налийте порівну мильного розчину. В одну додайте кілька крапель чистого гліцерину. Тепер з цих розчинів один за іншим видуйте два приблизно рівних міхура і покладіть їх на скляну пластинку. Замерзання міхура з гліцерином протікає трохи інакше, ніж міхура з розчину шампуню: затримується початок, і саме замерзання йде повільніше. Зверніть увагу: замерзлий міхур з розчину шампуню зберігається на морозі довше, ніж замерзлий міхур з гліцерином.
Стінки замерзлого міхура з розчину шампуню - монолітна кристалічна структура. Міжмолекулярні зв'язки в будь-якому місці абсолютно однакові і міцні, в той час як в замерзлому міхурі з того ж розчину з гліцерином міцні зв'язки між молекулами води ослаблені. Крім того, ці зв'язки порушуються тепловим рухом молекул гліцерину, тому кристалічна решітка швидко сублімується, а значить, швидше руйнується.
Досвід 4
На слабкому морозі видуйте міхур. Дочекайтеся, поки він лопне. Повторіть досвід з тим, щоб переконатися, що бульбашки не замерзають, скільки б їх не витримували на морозі. Тепер приготуйте сніжинку. Видуйте міхур і тут же скиньте на нього зверху сніжинку. Вона миттєво зісковзне вниз на дно міхура. На тому місці, де зупинилася сніжинка, почнеться кристалізація плівки. Нарешті, весь міхур замерзне. Якщо покласти міхур на сніг - він також через деякий час замерзне.
Бульбашки на слабкому морозі прохолоджуються повільно і при цьому переохолоджується. Сніжинка є центром кристалізації. На снігу відбувається те ж саме явище.
Використано інформацію з:
Гегузин Я. Е. Бульбашки - М: Наука, 1985.
«Наука і життя», №2, 1982.
