concepte cheie
Chimie
soluții
miscibilitate
polaritate
solubilitate

introducere
probabil știți că unele lichide, cum ar fi uleiul și apa, nu se amestecă împreună. Dacă le turnați în același recipient, acestea vor forma straturi lichide separate, una peste alta. Alte lichide, de exemplu frecarea alcoolului și a apei, pot fi amestecate între ele. Dar știați că odată ce ambele lichide s-au amestecat, le puteți separa din nou în două straturi diferite? Cum poți face asta? Răspunsul te—ar putea surprinde-cu sare! În această activitate veți afla cum funcționează acest lucru.când două lichide pot fi amestecate împreună, ele sunt”miscibile” —ele formează ceva numit o soluție omogenă, ceea ce înseamnă că nu mai puteți distinge cele două lichide. În schimb, atunci când nu pot fi amestecate, ele sunt „nemiscibile”—vor forma două straturi separate, numite o soluție eterogenă. Pentru a se putea amesteca, moleculele ambelor lichide trebuie să se poată atrage reciproc. Moleculele care sunt polare (adică sarcina lor electrică este distribuită inegal, astfel încât au o latură mai pozitivă și o latură mai negativă) tind să formeze legături de hidrogen, în timp ce moleculele nepolare (care au un echilibru de sarcină egal) nu tind să formeze astfel de legături. Deoarece moleculele de apă sunt polare, orice lichid care nu are molecule polare—cum ar fi uleiul—este de obicei nemiscibil cu apa.moleculele de alcool de frecare au o parte polară și nepolară, ceea ce înseamnă că sunt capabile să formeze legături de hidrogen cu apa și, prin urmare, să se amestece cu ea. Dar cum poți rupe aceste legături pentru a separa ambele lichide odată ce sunt amestecate? Trebuie să adăugați ceva la amestecul care concurează cu alcoolul în legarea la moleculele de apă. O substanță care poate face asta este sarea. Sarea este un compus ionic, ceea ce înseamnă că este o substanță formată din molecule încărcate electric numite ioni. Când compușii ionici se dizolvă în apă, ionii individuali se separă și sunt înconjurați de molecule de apă—un proces numit solvatare. Deoarece ionii de sare sunt încărcați, se dizolvă mult mai bine într-un solvent polar, care este, de asemenea, puțin mai încărcat decât un solvent nepolar. Din acest motiv, ionii de sare atrag moleculele de apă mult mai puternic decât moleculele de alcool, deoarece alcoolul este mai puțin polar decât apa. Aceasta înseamnă că atunci când există multă sare, toate moleculele de apă se vor lega de ionii de sare, lăsând niciuna să formeze legături de hidrogen cu moleculele de alcool. Ca urmare, alcoolul devine nemiscibil cu apă și începe să formeze un strat separat. Acest proces se numește” sărare „sau” separare de fază indusă de sare.”

Din punct de vedere istoric, această metodă a fost utilizată în procesul de fabricare a săpunului pentru a elimina ingredientele care nu ar trebui să fie în produsul final de săpun. Sărarea este, de asemenea, frecvent utilizată în laboratoarele de biochimie pentru a purifica proteinele, deoarece diferite molecule de proteine devin nemiscibile la diferite concentrații de soluții de sare. Chimiștii folosesc această tehnică pentru a extrage lichide dintr-o soluție, ceea ce veți face în această activitate: Veți separa un amestec de alcool și apă folosind doar o linguriță de sare de masă!

Materiale

• patru mini cupe transparente (două uncii) cu capace
• marker Permanent
• apă de la robinet
• alcool de frecare (70% alcool izopropilic)
• sare de masă
• set de linguri de măsurare
• zona de lucru care poate tolera scurgeri
• etanol sau acetonă (pot fi găsite în magazinele de hardware) (opțional)
• înlocuitor de sare, cum ar fi clorură de potasiu sau sare Epsom (opțional)

preparare

• cu eticheta marker permanent mini cupe 1, 2, 3 și 4.
• adăugați o lingură și jumătate de apă în cupele 1 și 3.
• adăugați o lingură și jumătate de alcool de frecare în cupele 2 și 4.

procedura

• adăugați o linguriță de sare în apă în cupa 1. Ce se întâmplă cu sarea? Se dizolvă în apă?
• puneți capacul și agitați paharul timp de aproximativ 20 până la 30 de secunde. Cum arată amestecul?
• repetați cei doi pași anteriori folosind cupa 2 (cu alcool de frecare). Ce se întâmplă cu sarea de data asta? Amestecul arată diferit de amestecul apă–sare?
• scoateți capacul de pe marcatorul permanent și rotiți vârful acestuia în apă în cupa 3 timp de aproximativ 10 secunde. Puneți capacul pe ceașcă și agitați-l timp de cinci secunde. Cerneala se dizolvă în apă? Cum arată soluția după agitare?
• repetați pasul anterior cu cupa 4 (alcool de frecare). Amestecul rezultat arată diferit? Dacă da, ce este diferit? Puteți explica diferențele?
• apoi, turnați alcoolul din cupa 4 în apă în cupa 3. Puneți capacul la loc și rotiți amestecul timp de cinci secunde. Alcoolul de frecare se amestecă cu apa? Ce se întâmplă cu culoarea amestecului? Vedeți straturi separate care se formează?
• Acum, adăugați o linguriță de sare amestecului în cupa 3. Puneți capacul pe ceașcă și agitați-l timp de 20 până la 30 de secunde. Ce se întâmplă când adăugați sare la amestec? Amestecul arată diferit înainte și după agitare? Dacă da, cum arată diferit? Puteți explica rezultatele? Ce culoare este amestecul?
• Extra: puteți separa alte amestecuri lichide folosind sare? Ce zici de etanol și apă sau acetonă și apă? Încercați diferite amestecuri lichide pentru a afla!
• Extra: Există alte săruri—de exemplu clorură de potasiu, un înlocuitor de sare sau sare Epsom—pe care le-ați putea folosi pentru a separa lichidele? Repetați testul, dar de data aceasta folosiți o sare diferită de sarea de masă. Vedeți în continuare aceleași rezultate? Dacă nu—cum sunt rezultatele diferite?
• Extra: câtă sare aveți nevoie pentru a separa alcoolul de frecare și apa? Aflați variind cantitățile de sare pe care le adăugați la amestecul de alcool și apă pentru frecare.

observații și rezultate
ar fi trebuit să vedeți că sarea se dizolvă ușor în apă în cupa 1. (După agitare, sarea părea să dispară.) Amintiți-vă că acest lucru se întâmplă deoarece moleculele de sare Ionică se leagă cu ușurință de moleculele de apă polare. Cu toate acestea, sarea nu s-a dizolvat la fel de ușor în alcoolul de frecare din cupa 2. (Chiar și după agitare, veți putea vedea în continuare sarea.) Acest lucru se întâmplă deoarece moleculele de alcool sunt mai puțin polare decât apa, astfel încât ionii de sare nu se leagă cu ei la fel de ușor.

cu cerneala marker permanent ar fi trebuit să observați fenomenul exact opus. Cerneala nu se dizolvă bine în apă, dar se dizolvă ușor în alcool, oferindu-i acestuia din urmă mult mai multă culoare. Acest lucru se datorează faptului că alcoolul de frecare are, de asemenea, o porțiune din molecula sa care nu are Taxe și este nepolar. Această porțiune este mai compatibilă cu moleculele nepolare, cum ar fi cerneala marker.

când amestecați alcoolul de frecare cu apa, moleculele acestuia din urmă fac legături de hidrogen cu moleculele de apă. Alcoolul se dizolvă în apă pentru a forma o soluție omogenă, astfel încât nu mai puteți distinge alcoolul și apa. Dacă adăugați sare amestecului, totuși, sarea dorește să se dizolve în apă și concurează cu alcoolul pentru moleculele de apă. Deoarece există mai puține molecule de apă disponibile pentru a face legături de hidrogen cu moleculele de alcool, alcoolul devine mai puțin solubil în amestecul apă–alcool, formând în cele din urmă un strat separat deasupra apei. Ambele straturi ar trebui să aibă o culoare diferită, apa fiind în mare parte limpede și alcoolul mai colorat. Acest lucru se întâmplă deoarece cerneala marker este mai solubilă în alcoolul de frecare.

Cleanup
spălați toate amestecurile pe chiuvetă cu multă apă rece. Spălați-vă mâinile și curățați zona de lucru.

Mai mult pentru a explora
chimie pentru copii: soluții și dizolvarea, de la Ducksters
creați focuri de artificii subacvatice cu chimie, de la Scientific American
activitatea științifică pentru toate vârstele!, de la prietenii științei

această activitate v-a adus în parteneriat cu prietenii științei