Vấn đề với keo tổng hợp

• Sản xuất từ dẫn xuất dầu mỏ – nguồn tài nguyên không tái tạo
• Phát thải khí nhà kính trong quá trình sản xuất
• Chứa dung môi, hóa chất độc hại ảnh hưởng sức khỏe
• Khó phân hủy, tồn tại lâu trong môi trường
• Vi nhựa (microplastics) từ keo tồn tại trong môi trường

Lợi ích của keo sinh học

• Sản xuất từ nguyên liệu tái tạo, bền vững
• Giảm phát thải carbon so với keo tổng hợp
• Không chứa dung môi độc hại, an toàn cho người dùng
• Dễ phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường
• Giảm thiểu tác động tiêu cực đến hệ sinh thái

1. Làm keo từ tinh bột

Dành cho học sinh từ 8-15 tuổi | 45 phút

Vật liệu cần chuẩn bị

• 2 muỗng canh bột bắp hoặc bột sắn
• 1 cốc nước
• 1 muỗng canh giấm trắng
• 1/2 muỗng cà phê glycerin (nếu có)
• Nồi nhỏ và đũa khuấy

Cách làm

1. Cho bột bắp vào nồi nhỏ, thêm 1/4 cốc nước lạnh, khuấy đều tạo hỗn hợp sệt.
2. Thêm 3/4 cốc nước còn lại vào nồi, khuấy đều và đun nhỏ lửa.
3. Liên tục khuấy đều cho đến khi hỗn hợp trong suốt và đặc lại (khoảng 5 phút).
4. Tắt bếp, thêm giấm và glycerin, khuấy đều.
5. Để nguội và cho vào hộp đựng. Keo có thể sử dụng ngay.

Giải thích khoa học

Khi đun nóng, các phân tử tinh bột hấp thụ nước và trương phồng lên, tạo thành gel. Giấm giúp ổn định pH và có tác dụng bảo quản. Glycerin giúp keo không bị khô quá nhanh.

2. Khám phá lực tác động với keo nến

Nguồn: TeachEngineering – “Glue Joy”

Mục tiêu

Học sinh sử dụng que keo nến để học về các lực căng (tension), nén (compression) và xoắn (torsion).

Vật liệu cần chuẩn bị

• Que keo nến (loại dùng cho súng bắn keo)
• Thước (để đo)
• Bút dạ mảnh (để đánh dấu trên que keo)

Quy trình thực hiện

Thí nghiệm biểu diễn lực căng và nén tạo ra bởi sự uốn cong:

1. Dùng thước để đánh dấu bốn đường thẳng dài 4 inch chạy dọc theo chiều dài của que keo. Đặt các đường này cách nhau 90 độ: một ở phía trên, một ở phía dưới, và một ở mỗi bên của que keo.
2. Giữ que keo giữa ngón tay và ngón cái, tác dụng một lực vào giữa que và quan sát làm thế nào chiều dài và hình dạng của các đường thay đổi.

Thí nghiệm biểu diễn lực xoắn:

1. Đánh dấu một loạt các đường thẳng dọc theo chiều dài của que keo, như đã mô tả trong thí nghiệm trước.
2. Học sinh làm việc theo cặp: Một học sinh giữ một đầu que keo, trong khi bạn khác xoắn đầu còn lại càng mạnh càng tốt.

Câu hỏi thảo luận

• Điều gì xảy ra với đường ở phía trên que keo (bên mà bạn ấn ngón tay vào)? Điều gì xảy ra với đường ở phía dưới?
• Điều gì xảy ra với những đường ở hai bên que keo?
• Lực căng (tension) và lực nén (compression) là gì?
• Điều gì xảy ra với các đường kẻ trên que keo khi nó bị xoắn?
• Hãy tưởng tượng mỗi đường thẳng đứng đại diện cho một hàng phân tử keo. Quan sát xem chúng đã bị trượt sang bên cạnh như thế nào do chuyển động xoắn. Đây là dấu hiệu của lực cắt (shear forces) tác động bên trong vật liệu.
• Bạn có thể giải thích lực cắt (shear force) là gì không?
• Lực xoắn (torsion) là gì?

3. Khám phá lực liên kết và lực bám dính

Nguồn: TeachEngineering – “Capillary Action”

Mục tiêu

Học sinh sẽ hiểu được sự khác biệt giữa lực liên kết (cohesive forces – lực giữ các phân tử nước lại với nhau và tạo ra sức căng bề mặt) và lực bám dính (adhesive forces – lực khiến nước “dính” vào bề mặt rắn). Sự tương tác giữa lực liên kết và lực bám dính tạo ra hiện tượng mao dẫn.

Vật liệu cần chuẩn bị

• Một ly nước
• Màu thực phẩm
• Khăn giấy trắng
• Ống hút thủy tinh hoặc ống nghiệm mao quản (nếu có)

Quy trình thực hiện

1. Làm màu nước trong ly bằng màu thực phẩm để việc quan sát dễ dàng hơn.
2. Đặt một góc của khăn giấy trắng vào nước đã nhuộm màu. Quan sát và mô tả cách màu nước leo lên khăn giấy.
3. Nếu có ống thủy tinh mao quản, đặt một đầu ống vào nước và quan sát nước dâng lên trong ống.
4. Thảo luận về sự khác biệt giữa các vật liệu có thể hút nước (như khăn giấy, bông) và không thể hút nước (như túi nhựa).

Giải thích khoa học

Trong bất kỳ chất lỏng nào, lực hút phân tử khiến các phân tử chất lỏng hút về phía nhau. Những lực này được gọi là “lực liên kết” (cohesive). Trong khi đó, “lực bám dính” (adhesive) khiến phân tử nước cố gắng “dính” vào các bề mặt rắn.

Tác dụng mao dẫn là hiệu ứng kết hợp của lực liên kết và lực bám dính, khiến nước và các chất lỏng khác dâng lên trong các ống mỏng hoặc không gian hẹp khác. Bên trong ống thủy tinh mỏng, lực bám dính (sự hút giữa nước và thành ống thủy tinh) kéo nước lên thành ống. Lực liên kết (sự hút giữa các phân tử nước với nhau) sau đó cố gắng giảm thiểu khoảng cách giữa các phân tử nước bằng cách kéo đáy của mặt cong lên chống lại lực hấp dẫn.

Ứng dụng thực tế

• Lau chùi bằng bọt biển
• Cách đất trong sân vườn hấp thụ nước mưa
• Sáp nến dâng lên trong bấc
• Cách áo thun thấm hút mồ hôi
• Trong kỹ thuật, hiện tượng mao dẫn quyết định một phần hành vi của nước ngầm trong đất
• Kỹ sư dầu khí sử dụng hiểu biết về tác dụng mao dẫn trong việc khai thác dầu thô từ các kho đá