La scienza della melma

Sai di melma. O l'hai realizzato come un progetto scientifico o ti sei spazzato via la versione naturale dal naso. Sai cosa rende la melma diversa da un normale liquido? Ecco uno sguardo alla scienza di cosa sia la melma, come si forma e le sue proprietà speciali.

Cos'è la melma?

La melma scorre come un liquido, ma a differenza dei liquidi familiari (ad es. Olio, acqua), la sua capacità di fluire o viscosità non è costante. Quindi è un liquido, ma non un liquido normale. Gli scienziati chiamano un materiale che cambia viscosità un fluido non newtoniano. La spiegazione tecnica è che la melma è un fluido che cambia la sua capacità di resistere alla deformazione in base allo sforzo di taglio o alla trazione.

Ciò significa che, quando versi la melma o la fai trasudare tra le dita, ha una bassa viscosità e scorre come un liquido denso. Quando schiacci una melma non newtoniana, come un oobleck, o la picchietti con il pugno, ti senti duro, come un solido bagnato. Questo perché applicare lo stress stringe insieme le particelle nella melma, rendendo difficile per loro scivolare l'una contro l'altra.

La maggior parte dei tipi di melma sono anche esempi di polimeri. I polimeri sono molecole prodotte collegando insieme catene di subunità.

Esempi

Una forma naturale di melma è mucosa, che consiste principalmente di acqua, mucina glicoproteica e sali. L'acqua è l'ingrediente principale anche in alcuni tipi di melma prodotta dall'uomo. La ricetta classica della melma del progetto scientifico mescola colla, borace e acqua. Oobleck è una miscela di amido e acqua.

Altri tipi di melma sono principalmente oli anziché acqua. Esempi includono Silly Putty e melma elettroattiva.

Come funziona

I dettagli su come funziona un tipo di melma dipende dalla sua composizione chimica, ma la spiegazione di base è che i prodotti chimici vengono miscelati per formare polimeri. I polimeri agiscono come una rete, con molecole che scorrono l'una contro l'altra.

Per un esempio specifico, considera le reazioni chimiche che producono la classica melma di colla e borace:

1. Due soluzioni sono combinate per creare melma classica. Uno è la colla di scuola diluita o l'alcool polivinilico in acqua. L'altra soluzione è il borace (Na₂B₄O₇.10H₂O) in acqua.
2. Il borace si dissolve in acqua in ioni sodio, Na⁺, e tetraborare ioni.
3. Gli ioni tetraborati reagiscono con l'acqua per produrre l'OH^- acido ionico e borico:
   B₄O₇^2-(aq) + 7 H₂O 4 H₃BO₃(aq) + 2 OH^-(Aq)
4. L'acido borico reagisce con l'acqua per formare ioni borato:
   H₃BO₃(aq) + 2 H₂O B (OH)₄^-(aq) + H₃O⁺(Aq)
5. I legami idrogeno si formano tra lo ione borato e i gruppi OH delle molecole dell'alcool polivinilico dalla colla, collegandoli insieme per formare un nuovo polimero: la melma.

L'alcool polivinilico reticolato intrappola molta acqua, quindi la melma è bagnata. È possibile regolare la consistenza della melma controllando il rapporto tra colla e borace. Se hai un eccesso di colla diluita rispetto a una soluzione di borace, limiterai il numero di legami incrociati che possono formarsi e otterrai una melma più fluida. Puoi anche regolare la ricetta limitando la quantità di acqua che usi. Ad esempio, potresti mescolare la soluzione di borace direttamente con la colla, producendo una melma molto rigida.