Eksperymenty z jajem

Przed nami Święta Wielkanocne. Dla wielu z nas oznacza to czas spędzany z rodziną, w tym z dziećmi, które w szkole mają przerwę. A ile takie dzieci potrafią mieć entuzjazmu dla nauki – tego chyba nikomu tłumaczyć nie trzeba. Dlatego też, specjalnie dla Was, przedstawiam kilka pomysłów na eksperymenty z jajem¹Dosłownie!. Mam nadzieję, że pomogą Wam zarazić pasją naukową małe główki, a może sami też dowiecie się czegoś ciekawego i użytecznego?

Rozróżnianie jajek surowych od ugotowanych

Do pierwszego, najprostszego eksperymentu wystarczą nam dwa jajka – jedno ugotowane na twardo, drugie surowe. Jak sprawdzić, które jest które? Można oczywiście jajko rozbić, ale czasem zależy nam tylko na ocenie sytuacji z zewnątrz. Solidne potrząśnięcie jajkiem czasem pozwala się zorientować, że coś w środku “chlupie” – to też jest podpowiedź. Ale najprostszy sposób to położyć jajka na stole, a następnie próbować oba wprowadzić w ruch wirowy. Powinniście zobaczyć, że jedno z nich kręci się szybko i długo, a drugie wyraźnie stawia większy opór i szybciej się zatrzymuje. A które jest które?

Szybsze będzie jajko ugotowane. Dlaczego? Ponieważ całe zachowuje się jak jedno ciało stałe. Przekazując mu moment obrotowy krótkim ruchem palców, nadajesz go całej bryle. Z kolei w wypadku jajka surowego, napędzasz tylko zewnętrzną część, która następnie musi przekazać ten moment płynowi w środku. Trwa to zdecydowanie dłużej, więc w sumie jajko kręci się wolniej.

Gdybyście dali radę rozpędzić oba jajka do takiej samej szybkości, to znów jajko surowe byłoby trudniejsze do zatrzymania. Wszystko opiera się tutaj na prawach Newtona – środek kręciłby się na zasadzie bezwładności i próbował “pociągnąć” za sobą resztę, a hamowanie samej skorupki nie przeniesie się efektywnie na hamowanie środka.

Tak czy inaczej, z odrobiną wprawy będziecie w stanie bez problemu rozróżnić jajka ugotowane od surowych nawet bez korzystania z wzorców.

Jajka zachowajcie, bo przydadzą nam się do kolejnego eksperymentu z jajem, którym jest…

Morze martwe

Minimum, którego potrzebujecie, to jedno jajko, ale jeśli dysponujecie surowym i ugotowanym, oraz odpowiednio dużym pojemnikiem, to weźcie dwa. Potrzebne będą też woda, sól (kilka łyżek) oraz pojemnik – najlepiej przezroczysty – w którym jesteście w stanie ułożyć jajka na dnie, a następnie zalać je wodą z kranu na wysokość ok. trzech jajek.

Zacznijcie dosypywać do wody sól i mieszać ją²Najlepsza będzie sól drobnoziarnista, bo najszybciej się rozpuszcza. Po pewnym czasie zauważycie, że jajka zaczynają się unosić, i wreszcie wypływają na wierzch. Dlaczego?

Gęstość jest parametrem, który decyduje o tym, czy coś pływa, czy też tonie. Kłania się nam tu Archimedes – żeby ciało unosiło się na wodzie, musi wypierać większą masę wody, niż masa samego ciała. Woda ma gęstość niemal równą 1 gram na mililitr. Dla jajka ten parametr wynosi około 1.03 grama na mililitr. Czyli jajko o objętości 50 mililitrów wyprze 50 mililitrów wody – ale samo waży 51.5 gramów, a więc więcej – i tonie.

Ale rozpuszczenie w wodzie soli zwiększa jej gęstość. Morze Martwe ma gęstość 1.24 gramy na mililitr. W każdym kilogramie tego morza zawarte jest około 340 gramów soli. My nie musimy dojść do aż tak skrajnych wartości – wystarczy dojść do okolicy 45 gramów soli na litr ³Dokładna wartość zależy od konkretnego jajka, ale też od temperatury, żeby waga tych 50 mililitrów wody była wyższa, niż 51.5 grama – a wtedy jajko wypłynie.

Czy zauważyliście jakąś różnicę pomiędzy jajkiem surowym, a ugotowanym? Eksperyment można powtórzyć kilka razy – czy wynik zawsze będzie taki sam? Podzielcie się odpowiedzią w komentarzach. A tymczasem jajka możecie wykorzystać do kolejnego eksperymentu:

Rozpuszczanie skorupki

Tym razem znów wykorzystamy dwa jajka, jedno surowe, a jedno ugotowane na twardo. Włóżcie je do jakiegoś szczelnie zamykanego pojemnika⁴Słoik będzie dobry, a następnie zalejcie octem. Jakim? Najlepiej tanim, ale jak najbardziej stężonym. 10% ocet spirytusowy będzie idealny. Zostawcie je na kilka dni – w zależności od skorupki dwa do trzech powinny wystarczyć.

Czy widzicie pęcherzyki gazu, pojawiające się na skorupce? To wynik reakcji chemicznej. Skorupka jajka składa się głównie z węglanu wapnia⁵CaCO₃. Zawarty w occie kwas octowy reaguje z nim, dając w rezultacie rozpuszczalną w wodzie sól – octan sodu – oraz nietrwały kwas węglowy. Ten zaś, podobnie jak kwas węglowy w napojach gazowanych, rozpada się na wodę i dwutlenek węgla. To właśnie jego pęcherzyki obserwujecie.

Ja na tym etapie przerwałem eksperymenty, wracając do nich po trzech dniach, gdzie pierwszym, co zrobiłem, było wyjęcie jajek z octu.Powinniście łatwo się zorientować, że skorupka została roztworzona w occie – obydwa jaka będą miękkie. Jajko surowe będzie też częściowo przezroczyste – zobaczycie pływające w środku żółtko. Ale powinniście zaobserwować jeszcze jedną zmianę. Wielkość jajka ugotowanego pozostaje taka sama⁶Z dokładnością do grubości skorupki. Jajko surowe znacząco napęczniało. Dlaczego?

Przyczyną jest osmoza. Pod tą tajemniczą nazwą kryje się przenikanie rozpuszczalnika przez częściowo przepuszczalną membranę. W tym wypadku jest nią błona otaczająca jajko. Stężenie rozmaitych związków rozpuszczonych wewnątrz jajka jest wyższe, niż w occie, w związku z czym woda z octu przenika do jajka, powodując jego pęcznienie. Jajko nie rozrywa się, ponieważ błona jest wystarczająco wytrzymała, żeby to powstrzymać. Ale to właśnie tzw. ciśnienie osmotyczne jest odpowiedzialne za śmierć bakterii potraktowanych penicyliną, która uniemożliwia im zbudowanie twardej ściany komórkowej i uniknięcie rozerwania.

A czy można ten proces odwrócić? Oczywiście, i tym właśnie zajmiemy się w następnym eksperymencie, którym będzie

Osmoza

Do tego eksperymentu będzie Wam potrzebny syrop. Nie, nie musicie lecieć do apteki – chodzi po prostu o stężony roztwór cukru w wodzie. Zauważcie, że w temperaturze pokojowej w 100 ml wody można rozpuścić 200 gramów cukru, ale to rozpuszczanie nie zachodzi zbyt szybko. Najłatwiej będzie podgrzać wodę, rozpuścić cukier, a następnie syrop ostudzić do temperatury pokojowej⁷Nie chcemy, żeby nam jajko ugotował. Ilość potrzebnego syropu zależy od tego, jakiej wielkości pojemnik posiadacie. Najlepiej, żeby był to dość niski słoik – taki,żeby dało się w nim umieścić nasze napęczniałe jajko z poprzedniego eksperymentu, zalać syropem i docisnąć pokrywką tak, żeby zatonęło⁸Ze względu na gęstość syropu jajko może próbować pływać po wierzchu – patrz eksperyment nr 2.

Następnie zostawcie jajko w syropie na kilka dni. Raz dziennie warto delikatnie zamieszać zawartość słoika – powinniście zaobserwować efekt zbliżony do drgającego gorącego powietrza. Syrop “wysysa” wodę z jajka, więc warstwa syropu blisko jajka, zwłaszcza na górze słoika, ma mniejsze stężenie cukru niż reszta – dyfuzja w takich układach jest dość powolna. Mieszanie sprawia, że te dwie warstwy zaczynają się przenikać, a każda z nich zakrzywia światło w innym stopniu – stąd efekt wizualny. Powinniście też zauważyć, że z czasem jajko staje się coraz mniejsze. Jeśli przestanie maleć – możecie wymienić syrop na nowy. A równolegle z nastawieniem tego doświadczenia możecie wstawić kolejne, bardzo wielkanocne, czyli…

Barwienie jajek

To doświadczenie wyjaśnia, dlaczego nasze zęby żółkną, jeśli pijemy dużo kawy lub herbaty. Potrzebne wam będą szklanki, kubki lub inne pojemniki z jednym i drugim napojem – im mocniejszy, tym lepszy – oraz dwa jajka. Włóżcie po jednym jajku do pojemnika, zalejcie jedno kawą, drugie herbatą i zostawcie na jakiś czas – można je spokojnie zostawić razem z jajkiem poddawanym osmozie.

Gdy wyjmiecie je po kilku dniach zobaczycie, że jajka zmieniły kolor – ściemniały. W kawie i herbacie zawarte są barwniki, które są w stanie częściowo wniknąć w skorupki, a tym samym trwale je przebarwić. To samo potrafią zrobić z naszymi zębami. Ale skąd wiemy, że barwnik wniknął do środka? Możemy je po prostu podrapać. Gdyby barwnik był osadzony wyłącznie na wierzchu skorupki, usunięcie go nie powinno stanowić problemu. Pod spodem zaś powinniśmy znaleźć jajko tego koloru, jakiego było na początku. Eksperyment wykazuje jednak, że choć część barwnika da się usunąć drapiąc, to skorupka trwale ciemnieje i drapanie nie doprowadzi jej do stanu początkowego:

A przed nami jeszcze jeden eksperyment, w którym sprawdzimy…

Wytrzymałość jajek

Potrzebne będą cztery połówki skorupek jajek. Możecie je uzyskać z jajek surowych, możecie z gotowanych. Ważne jest to, żeby miały zbliżoną wysokość, i nie były zbyt “postrzępione” w miejscu, w którym są przepołowione. Alternatywnie możecie użyć czterech surowych jajek i przygotować się na nieco więcej sprzątania. Ułóżcie je, jak pokazuję na zdjęciu poniżej, a następnie połóżcie na nich coś twardego i niezbyt ciężkiego. W moim przypadku była to deska do krojenia, ale taca czy talerz będą działać podobnie.

Zacznijcie na desce układać ciężary. Mogą to być torebki z mąką czy cukrem, puszki z pomidorami – cokolwiek, co będzie stać w miarę stabilnie i jest ciężkie. Ważne jest to, żeby układać je powoli i delikatnie. Pamiętajcie: cały ich ciężar opiera się na czterech kawałkach skorupek jajek. Jaki ciężar są w stanie utrzymać, zanim pękną? Niezbyt duży, prawda?

Nieprawda. W moim przypadku było to ładnie ponad 4 kilogramy. Pamiętajcie, że połowa skorupki – to kopuła. A już starożytni Rzymianie wiedzieli, że łuki i kopuły są bardzo wytrzymałymi elementami konstrukcyjnymi, w których ciężar świetnie się rozkłada. Pochwalcie się swoimi wynikami w komentarzach!

To kończy nasze propozycje na eksperymenty z jajem do wykonania z dziećmi. Mamy nadzieję,że będziecie się dobrze bawić, życzymy radosnego świętowania Wielkanocy – i do przeczytania niebawem!

Zainteresowało Cię to, co czytasz? Chcesz wiedzieć więcej? Śledź nas na Facebooku, i – pozwól, że wyjaśnię!