nøglebegreber
Kemi
løsninger
blandbarhed
polaritet
opløselighed

introduktion
du ved sikkert, at nogle væsker, såsom olie og vand, ikke blandes sammen. Hvis du hælder dem i den samme beholder, danner de separate flydende lag, den ene oven på den anden. Andre væsker, for eksempel gnidning af alkohol og vand, kan blandes med hinanden. Men vidste du, at når begge disse væsker er blandet, kan du adskille dem igen i to forskellige lag? Hvordan kan du gøre det? Svaret kan overraske dig—med salt! I denne aktivitet finder du ud af, hvordan dette fungerer.

baggrund
når to væsker kan blandes sammen, er de “blandbare”—de danner noget, der kaldes en homogen opløsning, hvilket betyder, at du ikke længere kan skelne mellem de to væsker. I modsætning hertil, når de ikke kan blandes, er de “ublandelige”—de vil danne to separate lag, kaldet en heterogen løsning. For at kunne blande skal molekylerne i begge væsker være i stand til at tiltrække hinanden. Molekyler, der er polære (hvilket betyder, at deres elektriske ladning fordeles ujævnt, så de har en mere positiv side og en mere negativ side) har tendens til at danne hydrogenbindinger, mens ikke-polære molekyler (som har en lige ladningsbalance) ikke har tendens til at danne sådanne bindinger. Fordi vandmolekyler er polære, er enhver væske, der ikke har polære molekyler—såsom olie—normalt ublandbar med vand.

Gnidningsalkoholmolekyler har en polær og ikke-polær del, hvilket betyder, at de er i stand til at danne hydrogenbindinger med vand og derfor i stand til at blande sig med det. Men hvordan kan du bryde disse bindinger for at adskille begge væsker, når de er blandet? Du skal tilføje noget til blandingen, der konkurrerer med alkoholen i binding til vandmolekylerne. Et stof, der kan gøre det, er salt. Salt er en ionforbindelse, hvilket betyder, at det er et stof, der består af elektrisk ladede molekyler kaldet ioner. Når ioniske forbindelser opløses i vand, adskilles de enkelte ioner og bliver omgivet af vandmolekyler—en proces kaldet opløsning. Fordi saltioner er ladet, opløses de meget bedre i et polært opløsningsmiddel, som også er lidt mere ladet end et ikke-polært opløsningsmiddel. Af denne grund tiltrækker saltioner vandmolekylerne meget stærkere end alkoholmolekyler, fordi alkohol er mindre polær end vand. Dette betyder, at når der er meget salt, binder alle vandmolekylerne sig til saltioner, hvilket efterlader ingen til at danne hydrogenbindinger med alkoholmolekylerne. Som følge heraf bliver alkoholen ublandbar med vand og begynder at danne et separat lag. Denne proces kaldes” saltning ud, “eller” salt-induceret faseseparation.”

historisk set er denne metode blevet brugt i sæbefremstillingsprocessen til at fjerne ingredienser, der ikke burde være i det endelige sæbeprodukt. Saltning ud bruges også ofte i biokemilaboratorier til at rense proteiner, fordi forskellige proteinmolekyler bliver ublandelige ved forskellige koncentrationer af saltopløsninger. Kemikere bruger denne teknik til at udtrække væsker ud af en opløsning, hvilket er hvad du skal gøre i denne aktivitet: Du adskiller en gnidningsalkohol og vandblanding ved kun at bruge en teskefuld bordsalt!

materialer

• fire gennemsigtige minikopper (to ounces) med låg
• Permanent markør
• ledningsvand
• gnidningsalkohol (70 procent isopropylalkohol)
• bordsalt
• sæt måleskeer
• arbejdsområde, der tåler spild
• Ethanol eller acetone (kan findes i isenkræmmere) (valgfrit)
• salterstatning såsom kaliumchlorid eller Epsom-salt (valgfrit)

forberedelse

• med den permanente markørmærke mini cups 1, 2, 3 og 4.
• tilsæt en og en halv spiseskefulde vand til kopper 1 og 3.
• tilsæt en og en halv spiseskefulde sprit til kopper 2 og 4.

Procedure

• tilsæt en teskefuld salt til vandet i kop 1. Hvad sker der med saltet? Opløses det i vandet?
• Sæt låget på og ryst koppen i cirka 20 til 30 sekunder. Hvordan ser blandingen ud?
• gentag de to foregående trin ved hjælp af kop 2 (med spritalkohol). Hvad sker der med saltet denne gang? Ser blandingen anderledes ud end vand–saltblandingen?
• tag hætten af den permanente markør og hvirvl dens spids i vandet i kop 3 i cirka 10 sekunder. Sæt låget på koppen og ryst det i fem sekunder. Opløses blækket i vandet? Hvordan ser løsningen ud efter omrystning?
• gentag det forrige trin med kop 4 (spritalkohol). Ser den resulterende blanding anderledes ud? Hvis ja, hvad er anderledes? Kan du forklare forskellene?
• hæld derefter alkoholen fra kop 4 i vandet i kop 3. Sæt låget på igen, og hvirvl blandingen i fem sekunder. Blandes gnidningsalkoholen med vandet? Hvad sker der med blandingens farve? Ser du separate lag dannes?
• tilsæt nu en teskefuld salt til blandingen i kop 3. Sæt låget på koppen og ryst det i 20 til 30 sekunder. Hvad sker der, når du tilsætter saltet til blandingen? Ser blandingen anderledes ud før og efter omrystning? Hvis ja, hvordan ser det anderledes ud? Kan du forklare dine resultater? Hvilken farve er blandingen?
• ekstra: kan du adskille andre flydende blandinger ved hjælp af salt? Hvad med ethanol og vand eller acetone og vand? Prøv forskellige flydende blandinger for at finde ud af det!
• ekstra: Er der andre salte—for eksempel kaliumchlorid, en salterstatning eller Epsom—salt-som du kan bruge til at adskille væsker? Gentag testen, men brug denne gang et andet salt end bordsalt. Ser du stadig de samme resultater? Hvis ikke – hvordan er dine resultater Forskellige?
• ekstra: hvor meget salt har du brug for at adskille gnidningsalkoholen og vandet? Find ud af det ved at variere de mængder salt, du tilføjer til gnidningsalkohol og vandblanding.

observationer og resultater
du skulle have set, at saltet let opløst i vandet i kop 1. (Efter at have rystet det syntes saltet at forsvinde.) Husk, at dette sker, fordi de ioniske saltmolekyler let binder sig til de polære vandmolekyler. Saltet opløstes imidlertid ikke så let i spritalkoholen i kop 2. (Selv efter at have rystet det, vil du stadig kunne se saltet.) Dette sker, fordi alkoholmolekylerne er mindre polære end vand er, så saltioner binder ikke så let med dem.

med det permanente markørblæk skulle du have observeret det nøjagtige modsatte fænomen. Blækket opløses ikke godt i vand, men det gør det let i alkoholen, hvilket giver sidstnævnte meget mere farve. Dette skyldes, at gnidning af alkohol også har en del af dets molekyle, der ikke har nogen afgifter, og er ikke-polær. Denne del er mere kompatibel med ikke-polære molekyler, såsom markørblæk.

Når du blander spritalkoholen med vand, laver sidstnævntes molekyler hydrogenbindinger med vandmolekylerne. Alkoholen opløses i vandet for at danne en homogen opløsning, så du kan ikke skelne alkoholen og vandet længere. Hvis du tilsætter salt til blandingen, ønsker saltet imidlertid at opløses i vandet og konkurrerer med alkoholen om vandmolekylerne. Fordi der er færre vandmolekyler til rådighed for at fremstille hydrogenbindinger med alkoholmolekylerne, bliver alkoholen mindre opløselig i vand–alkoholblandingen og danner til sidst et separat lag oven på vandet. Begge lag skal have en anden farve, med vandet for det meste klart og alkoholen mere farvet. Dette sker, fordi markørblæket er mere opløseligt i gnidningsalkoholen.

oprydning
Skyl alle dine blandinger ned i vasken med rigeligt koldt vand. Vask dine hænder og rengør dit arbejdsområde.

mere at udforske
kemi for børn: løsninger og opløsning, fra Ducksters
Opret Undervandsfyrværkeri med kemi, fra Scientific American
videnskab aktivitet for alle aldre!, fra Science Buddies

denne aktivitet bragt til dig i partnerskab med Science Buddies