Dr. Wajand Judit Egyetemi docens
ELTE TTK Kémiai Tanszékcsoport Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

TV-kémia - Kísérletek nadrágpelenkával

„Mi volt a TV-ben, láttad a TV-ben?" hangzik fel nap-nap után az iskolában edzésen szórakozóhelyeken, baráti társaságban. Ugye ismerõs a televízió képernyõjére meredõ gyerek és felnõtt látványa?

Tetszik, nem tetszik ez van! Tanulóink információik jelentõs részét, hasznosakat és haszontalanokat, egyaránt a televízióból szerzik. Igyekezzünk hát ezt a tényt a magunk, tehát a kémiatanítás hasznára fordítani, és meggyõzni tanulóinkat arról, hogy a kémiaórák anyaga jól felhasználható a mindennapokban, tehát nem idõfecsérlésrõl, unalmas, felesleges ismeretanyag elsajátításáról van szó.
………."A legszárazabb, legboldogabb baba a …………….baba"………….
hangzik fel nap, mint nap a különbözõ eldobható nadrágpelenkákat népszerûsítõ reklámokban. Jó ránézni a gyönyörû, egészséges, boldogan mosolygó babákra, anyukákra, apukákra és igen szemléletes a pelenkát kiváló nedvszívó, tulajdonságát bemutató kísérlet. Utalhatunk tehát a TV-ben látottakra, hallottakra, amikor a kémiaórán az aktuális anyagrészhez érkezünk.
Adhatunk egy kis „pelenkatörténeti" áttekintést is, amibõl a tanuló megérti a tudomány szerepét a fejlõdésben. Így az egyszerû pamutpelenkától, - amelyet vízátnemeresztõ gumibugyival használtak -eljuthatunk az eldobható nadrágpelenkáig.
Mibõl is áll egy ilyen nadrágpelenka? Kezdetben *1* az eldobható nadrágpelenkák jó nedvességszívó tulajdonságát a több rétegû (fátyolszerû, szálas, szálas, szövött) cellulózbetét biztosította. A cellulózanyagot gyapotból vagy fából készítették. Próbálkoztak búzakeményítõ felhasználásával is, de ennek igen nagymértékû vízmegkötõ képessége a bõr túlzott kiszáradásához vezetett, így nem bizonyult jónak.
A cellulóz szerkezetében a többi makromolekulás anyaghoz hasonlóan számos olyan hely található, ahol a láncmolekulák geometriai eloszlása rendezett, ezek a „kristályos" részek. E kristályos jellegû tartományok mellett olyan részek is találhatók a cellulózban, ahol a láncmolekulák rendezetlenül oszlanak el, ezek az „amorf" részek. A rendezett és rendezetlen részek között folyamatos átmenet van. A rendezett tartományban erõs, az amorf részekben gyengébb kohéziós erõk mûködnek. A nedvesség elõször az amorf, majd a kristályos részekbe hatol be és a beépülõ vízmolekulák szétfeszítik a térhálós szerkezetet. A víz és a cellulózmolekuláknak hidroxil-csoportjai között hidrogénkötések kialakulására is van lehetõség.
A folyamatok eredményeként a finomeloszlású cellulóz nagymennyiségû folyadék beszivárgásra képes, (duzzadás) de csak az egyensúly eléréséig, tehát korlátozott mértékben. Az ezen felüli folyadékmennyiség kiszivárog átáztatva a baba ruháját. Ennek megakadályozására a pelenkát külsõ, víztaszító réteggel látták el. Ez készülhetett például polietilénbõl, vagy polipropilénbõl, amelyek nem mérgezõ, színtelen anyagok, és a szerves savak, bázisok nem támadják meg a belõlük készült filmszerû réteget. Mindkét vegyület erõsen víztaszító hatású a hosszú apoláris szénláncok miatt, így szivárgásmentesítõ funkciójukat maradéktalanul betöltik.
A ma használatos nadrágpelenkák már az elõbbinél is tökéletesebbek. A belsõ, fátyolszerû cellulózréteg bevezeti a folyadékot a pelenka belsejébe, ahol a vattaszerû cellulózbetét helyezkedik el, amely jól duzzadó polimer granulátummal van összekeverve.
Ez a granulátum valószínüleg valamilyen poliakrilsav származék, valószínüleg só. A poliakrilsav vagy polipropénsav monomerje a legegyszerûbb olefin karbonsav az akrilsav, amely az olefinkötésû vegyületek és a karbonsavak reakcióit mutatja. Az akrilsav állás közben szilárd poliakrilsavvá alakul. A térhálós szerkezetû poliakrilsav-származékok igen jól duzzadnak, a vízmolekulák hidratáció és hidrogénkötések kialakulása révén beépülnek a szerkezetbe mindaddig, amíg a termodinamikai egyensúly ki nem alakul.
A akrilsav polimerek vizes közegben tömegük közel százszorosának megfelelõ mennyiségei vizet képesek megkötni. A polimergranulátum mennyisége és minõsége a különbözõ márkájú nadrágpelenkák esetén más és más lehet, ezért a nedvszívóképességükben is eltérhetnek. A „reklámkísérlet" ezt mutatja be, amikor két különbözõ pelenkára azonos mennyiségû folyadékot öntve az egyik felülete teljesen száraz marad, míg a másik enyhén nedves.
A nagy nedvszívó tulajdonságú, „tökéletes" pelenkák is – a teljes biztonság érdekében – víztaszító külsõ réteggel vannak ellátva. A nedvszívó és nedvességtaszító tulajdonságok mellett a pelenkának jól rögzíthetõnek is kell lennie. A pelenkák rögzítõszalagjait elasztikus tulajdonságú polimerekbõl pl: 1,4 poliizoprénbõl készítik.

Kísérletek nadrágpelenkával

a) A pelenkabetét cellulóztartalmának kimutatása a hagyományos módon a hidrolizált cellulóz Fehling-, vagy ezüsttükör próbájával elvégezhetõ

b) A polimergranulátum nedvszívó tulajdonsága

Szükséges anyagok, eszközök: 1 db nadrágpelenka, egy nagyobb (nem szakadt) nejlonzacskó, desztillált víz (H2O) 2 db fõzõpohár, szilárd nátrium-klorid (NaCl) egy közönséges konyhai szûrõ

Végrehajtás: A pelenkát óvatosan vágjuk fel, majd szedjük ki a belsõ, vattaszerû részét! A vattát megfogva érezzük, hogy tapintása érdes (a számunkra fontos polimertõl). A kiszedett vattát tegyük bele a zacskóba, zárjuk be a száját, és alaposan rázással és dörzsöléssel különítsük el a szilárd polimert a vattától. Az így kapott keveréket konyhai szûrõn szûrjük le. Ekkor a vatta fennmarad a szûrõben, míg a fõzõpohárban megkapjuk a szilárd polimert. A polimerbõl mérjünk le 3 grammot, és adjunk hozzá 800 cm³ desztillált vizet! Az oldatot öntögessük az egyik fõzõpohárból a másikba, míg szilárd gélt nem kapunk. Ha ebbe a gélbe 5 - 10 gramm szilárd NaCl-ot keverünk, a gél újra folyadékká válik. (A kísérlet az anyagok arányos hányadával is elvégezhetõ: pl.: 0,3 g polimer + 80 cm³ desztillált víz)

Magyarázat: Ennek a polimernek nagy a nedvszívó képessége, és láncában megköti a vízmolekulákat, majd a só hatására a vízmolekulák kiszabadulnak a láncból, mivel a só ionjainak vonzó hatása erõsebb (hidratáció).

Megjegyzés: Ha a vízhez ételfestéket adunk, színes gélt kaphatunk.