• אודות
  • צוות
  • צור קשר
  • השבוע במדע
  • הידעת?
  • גלריה
  • סדרות
  • ויראלי

איך זה שיין בוכה: אפקט מרנגוני ודמעות יין

בטלטול כוס יין אדום, ניתן להבחין על דפנותיה בהיווצרות של טיפות, הזולגות חזרה אל הנוזל שבכוס. טיפות אלו מכונות "דמעות יין". הן נוצרות בשל תהליך המתחיל בטיפוס הנוזל שביין על דפנות הכלי, הנובע מאינטראקציות והבדלים הנוגעים למתחי פנים, ומסתיים בנפילה חזרה של טיפות הנוזל אל הכוס בהשפעת כוח המשיכה. תהליך זה הוא חלק מאפקט נרחב יותר הקרוי אפקט מרנגוני.

נסו פעם להטות כוס יין (עדיף אדום) או לטלטל אותה מעט והתבוננו מקרוב בדפנות הכוס. באזור שמעל הנוזל תוכלו להבחין בטיפות של נוזל צלול, דמויות דמעות, הזולגות מהדפנות חזרה אל הנוזל שבכוס.  תופעה זו, המכונה "דמעות יין", נגרמת בשל אפקט מרנגוני והיא תוצאה של הבדל בין מתח הפנים (מושג שתכף נסביר) הנמוך יותר של אלכוהול לעומת זה של מים [1].

אפקט מרנגוני מתאר מעבר מסה לאורך שטח המגע בין שני חומרים זורמים, למשל נוזלים, כתוצאה מהפרש מתחי פנים ביניהם [2]. הראשון ששם לב לתופעה היה הפיזיקאי ג'ון תומסון, ב- 1855 [3]. הוא זיהה אותה ביין, המורכב ממים ואלכוהול, ומכאן שמה – "דמעות יין". מאוחר יותר, הפיסיקאי האיטלקי, קרלו מרנגוני (Carlo Marangoni), חקר את הנושא בהרחבה ופרסם את ממצאיו בשנת 1865 ועל שמו כונה האפקט המוביל לתופעה.

כדי להבין את האפקט, נסביר קודם כל מהו מתח פנים. עבור נוזל הנמצא במגע עם אוויר, קיים הבדל בין הכוחות הפועלים על מולקולות המצויות בגוף הנוזל (ה-bulk), לבין אלו הפועלים על מולקולות המצויות בפני השטח, באזור המגע עם האוויר. בגוף הנוזל, כל מולקולה נמשכת בצורה שווה בכל הכיוונים ע"י מולקולות שכנות לה הזהות לה באינטראקציה המכונה קוהזיה, כך שמאזן הכוחות סביבה מתאפס. לעומת זאת, למולקולה בפני השטח יש גם אינטראקציה, המכונה אדהזיה, עם מולקולות שבאוויר, שהינה חלשה מאוד בהשוואה לאינטראקציה שלה עם המולקולות שבגוף הנוזל. כתוצאה מכך, על המולקולות שבפני השטח מופעל כוח המושך אותן כלפי פנים. כוח זה יוצר מעין "מתיחה" של פני השטח של הנוזל, שגורמת להם להצטמצם לשטח המינימלי האפשרי. נטייה אלסטית זו של פני שטח הנוזל להצטמצם קרויה מתח פנים, והיא גם ההסבר לתופעות אחרות מחיי היום יום כמו בועות סבון, הצורה של טיפות נוזל, תנועת חרקים על פני המים ועוד [4]. בנוסף, אינטראקציות האדהזיה והקוהזיה הינן הבסיס לתופעת הנימיות או קפילריות, שגורמת לנוזל המצוי בכלי זכוכית, למשל יין, לטפס על דפנות הכלי באזורי המגע בינו לבין הזכוכית [5].

דמעות יין בצל שמטילה הכוס על הקיר.

אפקט מרנגוני נגרם משום שנוזל בעל מתח פנים גבוה, מושך יותר חזק את סביבתו מאשר נוזל בעל מתח פנים נמוך. לכן, הבדל במתחי פנים יגרום לנוזל "לברוח" מאזורים בעלי מתח פנים נמוך יותר. הבדל זה יכול להיווצר כתוצאה מהפרש ריכוזים או טמפרטורה בין אזורים שונים בנוזל. אז איך הוא מוביל ל"דמעות יין"? ובכן, לכהלים, בפרט לאתנול (או בכינויו העממי אלכוהול) המצוי במשקאות, מתח פנים נמוך יותר מאשר למים [6].  כאשר מערבבים אלכוהול עם מים באופן לא אחיד, כמו ביין, אזור שבו ריכוז האלכוהול נמוך יותר ימשוך את הנוזל המקיף אותו חזק יותר מאשר אזור שבו ריכוז האלכוהול גבוה יותר. התוצאה היא אפקט מרנגוני – היין ייטה "לברוח" מאזורים שבהם ריכוז האלכוהול גבוה ויימשך בהשפעת הנימיות במעלה הכוס. טיפוס זה של היין ייצור שכבה שממנה המים והאלכוהול יתאדו. אולם, האידוי של האלכוהול מהיר יותר מכיוון שלחץ האדים שלו גבוה יותר. כך יורד ריכוז האלכוהול בשכבה זו ובשל כך עולה גם מתח הפנים של הנוזל בה. כתוצאה מכך, נוזל נוסף יימשך למעלה עד להיווצרות טיפות. אלו גדלות עד שהמשקל שלהן (כוח הכבידה) גובר על הכוח של אפקט זה, וגורם להן לטפטף חזרה על גבי דפנות הכוס במה שנראה כמו דמעות זולגות.

צבען של "הדמעות" הללו הוא בהיר מאשר צבעו של היין שבכוס, מה שמקשה מעט על ההבחנה בתופעה. אחת הסיבות לכך היא הבדלי הצפיפויות בין החומרים ביין שמקנים לו את צבעו, למשל תרכובות פנוליות [7], לבין תערובת המים-אלכוהול שאחראית לתופעת הדמעות. התרכובות הפנוליות הן צפופות וכבדות יותר בהשוואה לתערובת המים-אלכוהול, ולכן מתרכזות בעיקר בתחתית הכוס ולא מגיעות כל כך לשכבה שממנה מתחילות ה"דמעות".

לעתים נטען באופן שגוי שיין שהתופעה בו מוגברת, הוא מתוק יותר או בעל איכות טובה יותר [8]. בפועל עצמתה של התופעה תלויה אך ורק באחוז האלכוהול שביין. ככל שאחוז זה גבוה יותר התופעה מתגברת ויותר קל להבחין בה, היות שמפל מתחי הפנים שתואר גדול יותר. ניתן לבטל לחלוטין את התרחשות התופעה ע"י כיסוי כוס היין, דבר המונע את האידוי של האלכוהול ממנה.

מקורות וקריאה נוספת:

[1]  על דמעות יין, אפקט מרנגוני ומידול שלו

[2] הסבר נפרד ונרחב על אפקט מרנגוני כולל סרטונים

[3] ממצאיו של ג'ון תומסון

[4] הסבר על מתח פנים ותופעות שקשורות אליו

[5] הסבר והרחבה על תופעת הקפילריות

[6] ערכי מתח פנים עבור נוזלים שונים

[7] על התרכובות הפנוליות שביין

[8] על היעדר הקשר בין מתיקות היין ואיכותו לתופעה

 

לקריאה נוספת:

  • קישור נוח לסרטון ב- youtube מ- comsol עם המחשות של התופעה ביין וברום
  • מאמר ב- nature עם תובנות חדשות על התופעה

 

הערה: התמונה הראשית היא ברשיון CC BY-NC-SA 4.0 והמשנית ברשיון CC-BY-SA-3.0.



תאריך פרסום


8/04/2018

על המחבר

 
שי אבישר

דוקטורנט לכימיה אי אורגנית באוניברסיטה העברית בירושלים. חוקר סגסוגות דו-מתכתיות בעלות מבנה ננו-נקבובי ואת שימושיהן כזרזים בתגובות כימיות.


2   142

על מנת להמשיך ולהיות רווחיות, על יצרניות מעבדי המחשב לשפר ללא הרף את ביצועי המעבדים…

0   74

דורון אורנשטיין

.

אפר 19

בחלקים הקודמים בסדרה הזכרנו את "תוצא הלוטוס" ואת המבנה המיוחד המעניק לפרח הלוטוס תכונות סופר-הידרופוביות.…

0   90

ולרי פרומקין

.

אפר 16

הידעת? גם ספינות יוצרות שובלי התעבות! מאת ליאור רובננקו שובלי התעבות (עליהם כבר כתבנו לכם…

0   99

יניב טננבאום קטן

.

אפר 16

בקטנה במחקר חדש גילה מועמד חדש לעל מוליך בטמפרטורה גבוהה, בעזרת שילוב שתי שכבות של…

0   56

יניב טננבאום קטן

.

אפר 15

לעטלפים יש מוניטין של מפיצי מחלות, אותו הם כנראה הרוויחו ביושר. שנת 2015 אותרו בארצות…

0   183

שקד אשכנזי

.

אפר 10

בחלק הקודם בסדרה, הסברנו שרמת ההידרופוביות של חומרים תלויה במידת הקוטביות של המולקולות המרכיבות אותם.…

0   145

ולרי פרומקין

.

אפר 9

נסו פעם להטות כוס יין (עדיף אדום) או לטלטל אותה מעט והתבוננו מקרוב בדפנות הכוס.…

0   142

שי אבישר

.

אפר 8

בקטנה: מה משותף לפיזור הקפאין בכוס הקפה שהכנתי הבוקר, הטמפרטורה שלה בעודה זנוחה על השולחן,…

0   257

נעה לכמן

.

אפר 4

עטלפי ערפד הם היונקים היחידים שניזונים בלעדית מדם, והם כוללים שלושה מינים החיים בדרום ובמרכז-אמריקה.…

0   150

סשה דנילוביץ'

.

אפר 3

מים הם חומר מרתק עם המון תכונות יוצאות דופן. הסיבה העיקרית לכך היא המבנה המיוחד…

0   228

ולרי פרומקין

.

אפר 2

גלים קיימים בצורות רבות ושונות. אנו נוהגים להבדיל בין שני סוגים של גלים – גלים…

0   228

יאיר אלחדד

.

אפר 1

המוח שלנו הוא מכונה מופלאה. הוא יכול לחשב דברים מסובכים, להבין מושגים מופשטים, וגם ללמוד…

0   431

אלה לכמן

.

מרץ 22

נניח כי שמענו רכילות שאנו מעוניינים לשתף. אנו משתפים עשרה אנשים, אך רק אחד מהם…

0   242

דורון אורנשטיין

.

מרץ 21

ציספלאטין (Cisplatin) התגלתה לראשונה בשנת 1845 ע"י מישל פיירון (Peyrone). זוהי מולקולה קטנה יחסית, המכילה…

0   319

נתי הררי

.

מרץ 20

סטיבן הוקינג החל את לימודיו באוקספורד, שם נודע כסטודנט מבריק, אך לא חרוץ במיוחד. הוא…

0   279

עדי ארמוני

.

מרץ 14

היום מציינים ברחבי העולם את יום הפאי (ואת יום המדע הבינלאומי, יום הולדתו של איינשטיין…

0   230

דורון אורנשטיין

.

מרץ 14

לאחרונה הרשת מלאה בדיווחים על מצבו הבריאותי של קרנף לבן (רחב שפה) אחד בשם סודאן.…

0   5432

קרן אור

.

מרץ 11

  בפוסט הקודם עסקנו במנועים רקטיים והתמקדנו באופן הפעולה של מנוע רקטי כימי עם הודף…

0   429

צוות מדע גדול, בקטנה

.

מרץ 8

  לכבוד יום האישה הבינלאומי אנו מביאים את סיפורה של המתמטיקאית האיראנית מאריאם מירזחאני, חוקרת…

0   311

צוות מדע גדול, בקטנה

.

מרץ 8

בתמונה אשר צולמה באילת ע"י גיל קופלביץ, ניתן לראות שתי תופעות יפות: הילה מסביב לשמש…

0   378

שלומי בושר

.

מרץ 7