Metody rozdzielania substancji

Czy zdarzyło Ci się wybierać rodzynki z drożdżówki albo zbierać muszelki na plaży? Jeśli Twoja odpowiedź brzmi TAK to rozdzielałeś składniki mieszaniny. Mieszanina jest zbiorem różnych rzeczy, natomiast w chemii jest to zbiór różnych substancji.

W przemyśle rozdzielanie składników mieszaniny ma ogromne znaczenie: segregacja śmieci, oczyszczalnia ścieków, badanie składu żywności a nawet podczas badania krwi, kiedy trzeba oznaczyć minerały, cukry czy krwinki. Do tej pory używałeś głównie rąk do oddzielenia od siebie np. rodzynek i ciasta. W kolejnych ćwiczeniach poznasz inne metody rozdziału wykorzystujące różnice we właściwościach badanych substancji.

Filtracja

lejek, łyżka, filtr do kawy, sól kuchenna, piasek, woda, dwa kubki

Do kubka nasyp 3 łyżki soli oraz 3 łyżki piasku i dobrze wymieszaj. Do mieszaniny soli i piasku dodaj pół szklanki wody i dobrze wymieszaj. Umieść filtr do kawy w lejku. Pusty kubek ustaw pod lejkiem, którego nóżka powinna stykać się z boczną ścianką kubka. Przelej zawartość pierwszego kubka na filtr. Nie wylewaj roztworu, który otrzymasz przyda się on do kolejnego doświadczenia.

Wykorzystaliśmy tutaj właściwość obu substancji, jaką jest rozpuszczalność w wodzie. Sól rozpuściła się w wodzie natomiast piasek już nie. Filtrując mieszaninę otrzymaliśmy oddzielnie piasek na filtrze do kawy oraz roztwór soli w kubku.

Co to jest dekantacja i sedymentacja? Czy te metody również można zastosować do rozdzielania mieszaniny piasku i roztworu soli?

Dekantacja to zlewanie cieczy znad osadu, w domu dzieje się tak gdy zaparzymy herbatę liściastą w dzbanku i nalewamy ją do kubka.

Sedymentacja to opadanie osadu na dno, obserwujemy taki proces przy robieniu kisielu, kiedy w kubku mieszamy zawartość torebki z wodą i w pewnym momencie zatrzymujemy mieszanie.

Owszem można skorzystać z tych metod aby oddzielić piasek od roztworu soli.

Krystalizacja

Czym różni się miód płynny od stałego? W miodzie rozpuszczony jest cukier, gdy po dłuższym odstaniu na półce miód zmienia swoją konsystencję na stałą, pojawiają się w nim kryształki cukru, glukozy. To naturalny procesu jakim jest krystalizacja. Podczas którego tworzą się kryształy w roztworach lub stopionych substancjach. Obserwujemy powstawanie kryształków między innymi, gdy obniżymy temperaturę roztworu lub odparujemy wodę.

Roztwór z pierwszego doświadczenia, sznurek, drewienko lub ołówek

Na ołówku zawiąż sznurek na taką długość by po położeniu ołówka na szklankę, sznurek nie dotykał jej dna a był zanurzony w roztworze. Przygotowaną tak szklankę z roztworem soli oraz ołówkiem odstawić w słoneczne miejsce. Sprawdzaj codziennie jak wygląda zawartość kubka. Jak wygląda osad? Jaki kształt mają kryształki?

Powoli każdego dnia na sznurku powinny pojawiać się kryształki soli w kształcie sześcianików. Czasami, gdy szybko woda odparowuje zamiast kryształków możemy zaobserwować, że sól tworzy „obłoczki”. Oznacza to, że szybkość odparowywania wody wpływa na wygląd kryształków soli.

Chromatografia bibułowa tuszu pisaka

Chromatografia polega na rozdzielaniu substancji na poszczególne składniki pod wpływem roztworu zwanego eluentem. Gdy eluent przemieszcza się po bibule składniki substancji, którą chcemy rozdzielić również się przemieszczają. Jednak nie wszystkie jednakowo! Można to sobie porównać do wycieczki szkolnej, która idzie ulicą, na której znajdują się liczne witryny sklepowe. Jeśli witryny będą dotyczyły sportu to osoby interesujące się nim dojdą wolniej na koniec tej ulicy niż osoby które nie lubią sportu. Tak samo dzieje się z substancjami podczas rozdzielania metodą chromatografii. Tak samo dzieje się z substancjami podczas rozdzielania metodą chromatografii, jedne przemieszczają się szybciej drugie wolniej. W chromatografii bibułowej naszą ulicą będzie bibuła, uczniami tusz z flamastrów, a witrynami – woda lub etanol (wódka).

kolorowy flamaster, podłużny kawałek filtru do kawy, woda, etanol/alkohol, kubek

Na dno kubka nalej wodę lub etanol około 1 cm wysokości. Na pasku bibuły narysuj mazakiem dużą kropkę w odległości około 1-2cm od końca. Drugi koniec paska zegnij tak, aby koniec paska z narysowaną kropką był zanurzony, uważając aby kropka z tuszem nie była zanurzona w roztworze! Obserwuj jak ciecz „wspina się” do góry.

Wraz z przemieszczaniem się wody lub alkoholu po pasku z filtra do kawy, barwniki w tuszu przemieszczają się wraz z nim. Każdy barwnik w innym tempie, dodatkowo w zależności od firmy produkującej flamastry w tuszu może znajdować się jeden barwnik lub nawet 5!

Adsorpcja barwników na węglu aktywnym

Latające muchy w domu bywają koszmarne, na szczęście wymyślono lepy na muchy! Do takiej kleistej powierzchni łatwo się przyczepiają owady. Na podobnej zasadzie działa węgiel aktywny, nie jest co prawda klejący, natomiast zanieczyszczenia, barwniki i inne substancje łatwo się do niego przyczepiają.

Dwa kubki,  lejek,  filtr do kawy, łyżka, węgiel aktywny, rozcieńczony sok owocowy lub cola

Do kubka wlej około 30 ml roztworu soku i wsyp ok. pół łyżeczki węgla aktywnego. Dokładnie wymieszaj (ok. 4-5 min). Odsącz węgiel na filtrze. Porównaj barwy roztworów soku przed dodaniem węgla i po przesączeniu.

Po odsączeniu węgla od roztworu możemy zaobserwować, że roztwór jest prawie bezbarwny! Dzieje się tak dlatego, że do węgla przyłączyły się barwniki zawarte w soku lub coli.

Czym możemy zgasić świeczkę?

Zastanówmy się co jest potrzebne by ogień nie zgasł? Oczywiście tlen zawarty w powietrzu! Gasząc pożar chcemy zawsze ograniczyć dostęp tlenu, używamy wtedy wody oraz gaśnic. Do różnych pożarów stosuje się różne gaśnice takie jak proszkowe, wodne i śniegowe. Te ostatnie wykorzystują CO2, czyli dwutlenek węgla!

Butelka plastikowa, balon, dwa kubki, mała świeczka/podgrzewacz, ocet, soda oczyszczona

Do balonu nasyp 4 łyżeczki sody oczyszczonej, a do butelki nalej 20 ml octu. Zamontuj balon na szyjce butelki, następnie trzymając butelkę oraz balon na szyjce przesyp sodę oczyszczoną do butelki. W kubku nr 1 umieść zapaloną świeczkę. Ostrożnie zdejmij balon, tak by gaz nie uleciał. Powoli wypuszczaj gaz do drugiego kubka. Gaz zebrany w kubku nr 2 „przelej” poprzez pochylenie kubka do kubka nr 1 zawierającego zapaloną świeczką.

Po dodaniu sody oczyszczonej do octu wytwarza się piana i gaz, który pompuje balon! W balonie uzbierał się dwutlenek węgla, jest on cięższy od powietrza dlatego możemy go zebrać w kubku. Gdy przelewamy z jednego do drugiego kubka gaz wypełnia on powoli całą przestrzeń odcinając tlen od świeczki i tym samym powoduje to jej zgaszenie.

Porównanie rozpuszczalności soli kuchennej i cukru

2 takie same szklanki, dwie łyżki, dzbanek z miarką, dwie miseczki małe, waga kuchenna, sól kuchenna, czyli chlorek sodu (NaCl), cukier, czyli sacharoza C12H22O11, woda

Na wadze odważ identyczne naważki badanych substancji (np. 5 gramów). Do każdej ze szklanek zawierających taką samą objętość wody (100 ml) dodać po jednej naważce każdej substancji i roztwór zamieszaj łyżką. Po rozpuszczeniu naważki wsyp następną naważkę i mieszaj aż do chwili, gdy jedna z substancji się rozpuści. Odnotuj ilość naważek zużytych do chwili, gdy całkowicie się rozpuszczą.

Która substancja ma większą rozpuszczalność?

Gdy temperatura obu roztworów jest taka sama z łatwością można porównać rozpuszczalność obu substancji. Jak zaobserwowaliście cukru można rozpuścić w wodzie więcej. Możesz wykorzystać otrzymane roztwory i użyć ich aby wykrystalizować cukier i sól jak we wcześniejszym doświadczeniu!

Wpływ temperatury na rozpuszczalność

Trzy szklanki, woda, sól kuchenna, waga, trzy łyżki, lodówka, czajnik, stoper

Przygotuj taką samą ilość wody w trzech temperaturach – z lodówki, pokojową, gorącą z czajnika (nie musi być to wrzątek). Odważ 7g soli kuchennej i wsyp do szklanki, zamieszaj i sprawdź jak długo rozpuszczała się sól. Powtórz doświadczenie w pozostałych temperaturach.

W której temperaturze najszybciej się rozpuściła sól i dlaczego?

Sól rozpuszcza się lepiej w gorącej wodzie a najgorzej w wodzie z lodówki. Oznacza to, że wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalność soli rośnie. Dzieje się tak dla większości ciał stałych jak sól kuchenna czy cukier. Natomiast dla gazów jest na odwrót najlepiej się rozpuszczają w niskich temperaturach. Dlatego gotując wodę obserwujemy wydzielające się pęcherzyki gazu.

Wspieramy rodziny

dotknięte pandemią

Platforma łączy skierowaną do pracowników JSW akcję #popracyzostańwdomu z działaniami na rzecz edukacji dzieci i młodzieży, które realizuje Zespół Społecznej Odpowiedzialności Biznesu.

Więcej