Klíčové pojmy
Chemie
Řešení
Směsitelnost
Polaritu
Rozpustnost

Úvod
pravděpodobně víte, některé kapaliny, jako např. olej a voda, nemíchejte dohromady. Pokud je nalijete do stejné nádoby, vytvoří oddělené vrstvy kapaliny, jedna nad druhou. Jiné kapaliny, například tření alkoholu a vody, mohou být vzájemně smíchány. Ale věděli jste, že jakmile se obě tyto kapaliny smíchají, můžete je znovu rozdělit do dvou různých vrstev? Jak to můžeš udělat? Odpověď vás možná překvapí-solí! V této aktivitě zjistíte, jak to funguje.

Pozadí
Při dvou kapalin mohou být smíchány dohromady, oni jsou „mísitelný“—tvoří něco, co se nazývá homogenní roztok, což znamená, že nelze rozlišit dvě kapaliny. Naproti tomu, když je nelze smíchat ,jsou “ nemísitelné—-vytvoří dvě oddělené vrstvy, nazývané heterogenní řešení. Aby se molekuly obou kapalin mohly míchat, musí být schopny se navzájem přitahovat. Molekuly, které jsou polární (což znamená, že jejich elektrický náboj je distribuován nerovnoměrně, takže mají více pozitivní straně a negativní straně) mají tendenci tvořit vodíkové vazby vzhledem k tomu, že nepolární molekuly (které mají stejný náboj bilance) nemají tendenci tvořit takové dluhopisy. Protože molekuly vody jsou polární, jakákoli kapalina, která nemá polární molekuly, např. olej—je obvykle nemísitelné s vodou.

líh molekuly mají polární a nepolární část, což znamená, že jsou schopné tvořit vodíkové vazby s vodou, a proto je možné míchat s ní. Ale jak můžete tyto vazby rozbít, abyste oddělili obě kapaliny, jakmile jsou smíchány? Musíte přidat něco do směsi, která soutěží s alkoholem ve vazbě na molekuly vody. Jedna látka, která to dokáže, je sůl. Sůl je iontová sloučenina, což znamená, že je to látka složená z elektricky nabitých molekul nazývaných ionty. Když se iontové sloučeniny rozpustí ve vodě, jednotlivé ionty se oddělí a obklopí molekulami vody-proces zvaný solvatace. Protože jsou solné ionty nabité, rozpouštějí se mnohem lépe v polárním rozpouštědle, které je také o něco nabitější než nepolární rozpouštědlo. Z tohoto důvodu solné ionty přitahují molekuly vody mnohem silněji než molekuly alkoholu, protože alkohol je méně polární než voda. To znamená, že když tam je hodně soli, všechny molekuly vody se spojit se solí ionty, takže nic tvořit vodíkové vazby s molekuly alkoholu. V důsledku toho se alkohol stává nemísitelným vodou a začíná tvořit samostatnou vrstvu. Tento proces se nazývá „solení,“ nebo “ separace fáze vyvolaná solí.“

historicky byla tato metoda použita v procesu výroby mýdla k odstranění složek, které by neměly být v konečném mýdlovém produktu. Solení se také běžně používá v biochemických laboratořích k čištění proteinů, protože různé proteinové molekuly se stávají nemísitelnými při různých koncentracích solných roztoků. Chemici používají tuto techniku k extrakci tekutin z roztoku, což je to, co budete dělat v této činnosti: Oddělíte směs alkoholu a vody pomocí čajové lžičky stolní soli!

Materiály:

• Čtyři transparentní mini šálků (dvě unce) s víčky
• Permanentní popisovač
• Klepnutím vody
• trošce alkoholu (70% isopropylalkohol)
• sůl
• Nastavit měřicí lžíce
• Pracovní plocha, která může tolerovat skvrny
• Ethanol nebo aceton (lze nalézt v železářství) (volitelné)
• náhradou Soli, jako chlorid draselný, nebo Epsom soli (nepovinné)

Příprava

• S trvalou značku label mini šálky, 1, 2, 3 a 4.
• přidejte jednu a půl polévkové lžíce vody do šálků 1 a 3.
• přidejte jednu a půl polévkové lžíce třecího alkoholu do šálků 2 a 4.

postup

• přidejte jednu čajovou lžičku soli do vody v šálku 1. Co se stane se solí? Rozpouští se ve vodě?
• nasaďte víko a protřepejte šálek asi 20 až 30 sekund. Jak vypadá směs?
• Opakujte předchozí dva kroky pomocí šálku 2 (s třením alkoholu). Co se stane se solí tentokrát? Vypadá směs jinak než směs vody a soli?
• sejměte víčko z permanentní značky a kroužte jeho špičkou ve vodě v šálku 3 po dobu asi 10 sekund. Nasaďte víko na šálek a protřepejte jej po dobu pěti sekund. Rozpouští se inkoust ve vodě? Jak vypadá řešení po protřepání?
• Opakujte předchozí krok s šálkem 4 (třecí alkohol). Vypadá výsledná směs jinak? Pokud ano, co je jiné? Můžete vysvětlit rozdíly?
• poté nalijte alkohol z šálku 4 do vody v šálku 3. Nasaďte víko zpět a míchejte směs po dobu pěti sekund. Míchá se třecí alkohol s vodou? Co se stane s barvou směsi? Vidíte, jak se tvoří jednotlivé vrstvy?
• nyní přidejte jednu čajovou lžičku soli do směsi v šálku 3. Nasaďte víko na šálek a protřepejte jej po dobu 20 až 30 sekund. Co se stane, když do směsi přidáte sůl? Vypadá směs před a po protřepání jinak? Pokud ano, jak to vypadá jinak? Můžete vysvětlit své výsledky? Jaká barva je směs?
• Extra: můžete oddělit další kapalné směsi pomocí soli? A co ethanol a voda nebo aceton a voda? Vyzkoušejte různé tekuté směsi a zjistěte to!
• Extra: Existují nějaké jiné soli-například chlorid draselný, náhražka soli nebo sůl Epsom -, které byste mohli použít k oddělení tekutin? Opakujte test, ale tentokrát použijte jinou sůl než stolní sůl. Vidíte stále stejné výsledky? Pokud ne-jak se liší vaše výsledky—
• Extra: kolik soli potřebujete k oddělení třecího alkoholu a vody? Zjistěte změnou množství soli, které přidáte do směsi třecího alkoholu a vody.

pozorování a výsledky
měli jste vidět, že se sůl snadno rozpustí ve vodě v šálku 1. (Po protřepání se zdálo, že sůl zmizí.) Pamatujte, že k tomu dochází, protože molekuly iontové soli se snadno spojují s molekulami polární vody. Sůl se však nerozpustila tak snadno v třecím alkoholu v šálku 2. (I po protřepání budete stále moci vidět sůl.) K tomu dochází, protože molekuly alkoholu jsou méně polární než voda, takže solné ionty se s nimi tak snadno nespojují.

s permanentním značkovacím inkoustem byste měli pozorovat přesně opačný jev. Inkoust se nerozpouští dobře ve vodě, ale snadno se v alkoholu, což mu dává mnohem více barvy. To je způsobeno skutečností, že třecí alkohol má také část své molekuly, která nemá žádné náboje a je nepolární. Tato část je více kompatibilní s nepolárními molekulami, jako je značkovací inkoust.

když smícháte třecí alkohol s vodou, jeho molekuly vytvářejí vodíkové vazby s molekulami vody. Alkohol se rozpouští ve vodě za vzniku homogenního roztoku, takže už nemůžete rozlišit alkohol a vodu. Pokud však do směsi přidáte sůl, sůl se chce rozpustit ve vodě a soutěží s alkoholem o molekuly vody. Protože tam je méně molekul vody k dispozici, aby se vodíkové vazby se molekuly alkoholu, alkohol se stává méně rozpustný ve směsi vody a alkoholu, nakonec tvořit samostatnou vrstvu na vrcholu vody. Obě vrstvy by měly mít jinou barvu, přičemž voda je většinou čirá a alkohol barevnější. K tomu dochází, protože značkovací inkoust je rozpustnější v třecím alkoholu.

vyčištění
propláchněte všechny směsi do dřezu velkým množstvím studené vody. Umyjte si ruce a vyčistěte pracovní prostor.

Více k prozkoumání
chemie pro děti: řešení a rozpouštění, od Ducksters
Vytvořte Podvodní ohňostroj s chemií, od Scientific American
vědecká aktivita pro všechny věkové kategorie!, od Science Buddies

tato aktivita vám přináší ve spolupráci s Science Buddies