В классическом варианте этот опыт похож на фокус. Естествоиспытатель наливает в стакан самую обычную воду, накрывает картонкой и, аккуратно придерживая, переворачивает. А потом ставит на голову своему коллеге и выдергивает картонку. Но вода, как ни странно, остается в стакане. И в отличие от фокуса, здесь нет никакой ловкости рук — исключительно наука.

Важное свойство суперабсорбентов — обратимость реакции. Если положить полученный гель в тепло, то через некоторое время порошок «отпустит» воду, которую можно будет слить, а порошок отделить и высушить для повторного применения. Обратный процесс можно ускорить, посыпав гель солью (правда, потом соль смешается с порошком, что не очень удобно).
Одной пачки подгузников хватает на несколько десятков стаканов воды
Насыпаем половину чайной ложки суперабсорбента в прозрачный стакан
Быстро заливаем теплой водой
Наблюдаем за постепенным, снизу вверх, замещением воды гелем
Аккуратно, чтобы не нарушить форму, вытряхиваем гель на стол

На самом деле хитрость все-таки есть. Прежде чем наливать воду в стакан, нужно насыпать туда немного суперабсорбирующего порошка. Тут и возникает три основных вопроса: что это такое, что происходит в стакане и где этот порошок взять.

Белый порошок

Еще в 1960-х министерство сельского хозяйства США занималось разработкой вещества, которое могло бы впитывать и сохранять максимальное количество воды для удержания жидкости в почве. В итоге получился полимер на базе крахмала, в котором часть молекул была замещена молекулами нитрила акриловой кислоты. Он мог впитывать воду в объеме, превышающем его собственный в 400 раз!

Впоследствии было создано значительное количество веществ-суперабсорбентов на базе акриламида, поливинилового спирта, полиакрилатов. Качественный абсорбент должен «пережить» ряд циклов «сухой — мокрый», то есть не только легко впитывать большое количество воды, но и легко ее отдавать.

Сегодня суперабсорбенты делают различными методами — в основном с использованием акриловой кислоты и гидроксида натрия. Также употребляются малеиновый ангидрид, карбоксиметилцеллюлоза и ряд других соединений.

Буря в стакане

Суперабсорбент действительно выглядит как ничем не примечательный белый порошок. Он способен впитать примерно в 500 раз больше воды по объему, чем занимает сам. В результате получается гель, на 99,9% состоящий из жидкости. Собственно, сам суперабсорбент в этом геле играет роль полимерного каркаса, придающего воде механические свойства твердого тела, вода же служит наполнителем.

Когда мы наливаем воду в стакан, суперабсорбент впитывает ее «снизу вверх» — если смотреть на это через прозрачную стенку стакана, будет видно, как продвигается вверх граница между гелем и жидкостью. Когда вся жидкость превращается в гель, стакан можно смело перевернуть — она не выпадет, если сильно не потрясти или не постучать.

Искусство добычи

Опыт требует предварительной подготовки. Например, где взять суперабсорбент? Все просто: он входит в состав целого ряда продуктов, свободно продающихся в обычных магазинах. В первую очередь это детские подгузники.

Внутри подгузника находится вата, равномерно пересыпанная порошком. Чтобы извлечь его оттуда, нужно порядком потрудиться — лучше всего разрезать, затем выложить вату в герметичный пакет и сильно потрясти, тогда большая часть порошка скопится в уголке пакета. Из одного подгузника получается от половины до целой чайной ложки суперабсорбента.

Есть и другие товары, включающие суперабсорбенты. Например, детские игрушки, «растущие» при погружении в воду, или сельскохозяйственные гидрогели для подпитки почвы (можно найти в магазинах для растениеводства).

В общем — дерзайте в гелеобразовании!

Статья «Секреты белого порошка» опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2014).