nyckelbegrepp
Kemi
lösningar
blandbarhet
polaritet
löslighet

Inledning
Du vet förmodligen vissa vätskor, såsom olja och vatten, inte blanda ihop. Om du häller dem i samma behållare bildar de separata vätskeskikt, en ovanpå den andra. Andra vätskor, till exempel gnugga alkohol och vatten, kan blandas med varandra. Men visste du att när båda dessa vätskor har blandats kan du separera dem igen i två olika lager? Hur kan du göra det? Svaret kan överraska dig-med salt! I den här aktiviteten får du reda på hur det fungerar.

bakgrund
när två vätskor kan blandas ihop är de”blandbara” —de bildar något som kallas en homogen lösning, vilket innebär att du inte kan skilja de två vätskorna längre. Däremot, när de inte kan blandas, är de ”oblandbara”—de kommer att bilda två separata lager, kallad en heterogen lösning. För att kunna blanda måste molekylerna i båda vätskorna kunna locka varandra. Molekyler som är polära (vilket betyder att deras elektriska laddning fördelas ojämnt så att de har en mer positiv sida och en mer negativ sida) tenderar att bilda vätebindningar medan icke-polära molekyler (som har en lika laddningsbalans) inte tenderar att bilda sådana bindningar. Eftersom vattenmolekyler är polära är all vätska som inte har polära molekyler—som olja—vanligtvis oblandbar med vatten.

gnugga alkoholmolekyler har en polär och icke-polär del, vilket innebär att de kan bilda vätebindningar med vatten och därför kunna blandas med det. Men hur kan du bryta dessa bindningar för att separera båda vätskorna när de är blandade? Du måste lägga till något i blandningen som konkurrerar med alkoholen i bindning till vattenmolekylerna. Ett ämne som kan göra det är salt. Salt är en jonisk förening, vilket betyder att det är ett ämne som består av elektriskt laddade molekyler som kallas joner. När joniska föreningar löses upp i vatten separeras de enskilda jonerna och omges av vattenmolekyler—en process som kallas solvation. Eftersom saltjonerna laddas löser de sig mycket bättre i ett polärt lösningsmedel, vilket också är något mer laddat än ett icke-polärt lösningsmedel. Av denna anledning lockar saltjoner vattenmolekylerna mycket starkare än alkoholmolekyler eftersom alkohol är mindre polär än vatten. Detta innebär att när det finns mycket salt kommer alla vattenmolekyler att bindas till saltjonerna och lämnar ingen för att bilda vätebindningar med alkoholmolekylerna. Som ett resultat blir alkoholen oblandbar med vatten och börjar bilda ett separat lager. Denna process kallas” saltning ut ”eller” saltinducerad fasseparation.”

historiskt har denna metod använts i tvåltillverkningsprocessen för att ta bort ingredienser som inte borde finnas i den slutliga tvålprodukten. Saltning används också ofta i biokemilaboratorier för att rena proteiner, eftersom olika proteinmolekyler blir oblandbara vid olika koncentrationer av saltlösningar. Kemister använder denna teknik för att extrahera vätskor ur en lösning, vilket är vad du ska göra i denna aktivitet: Du separerar en spritalkohol och vattenblandning med bara en tesked bordsalt!

Material

• fyra genomskinliga minikoppar (två uns) med lock
• Permanent markör
• kranvatten
• gnugga alkohol (70 procent isopropylalkohol)
• bordsalt
• uppsättning mätskedar
• arbetsområde som tål spill
• etanol eller aceton (finns i hårdvaruaffärer) (tillval)

li>

• saltersättning såsom kaliumklorid eller Epsom-salt (valfritt)

beredning

• med den permanenta markörmärkningen Minikopparna 1, 2, 3 och 4.
• Lägg till en och en halv matsked vatten till kopparna 1 och 3.
• Lägg till en och en halv matsked spritalkohol till koppar 2 och 4.

procedur

• tillsätt en tesked salt till vattnet i kopp 1. Vad händer med saltet? Löser det sig i vattnet?
• sätt på locket och skaka koppen i cirka 20 till 30 sekunder. Hur ser blandningen ut?
• upprepa de två föregående stegen med kopp 2 (med spritalkohol). Vad händer med saltet den här gången? Ser blandningen annorlunda ut än vatten-saltblandningen?
• ta av locket från den permanenta markören och virvla spetsen i vattnet i kopp 3 i cirka 10 sekunder. Sätt locket på koppen och skaka det i fem sekunder. Löses bläcket i vattnet? Hur ser lösningen ut efter skakning?
• upprepa föregående steg med kopp 4 (spritalkohol). Ser den resulterande blandningen annorlunda ut? Om så är fallet, vad är annorlunda? Kan du förklara skillnaderna?
• häll sedan alkoholen från kopp 4 i vattnet i kopp 3. Sätt på locket igen och virvla blandningen i fem sekunder. Blandar spritalkoholen med vattnet? Vad händer med blandningens färg? Ser du separata lager bildas?
• Lägg nu en tesked salt till blandningen i kopp 3. Sätt locket på koppen och skaka det i 20 till 30 sekunder. Vad händer när du lägger saltet i blandningen? Ser blandningen annorlunda ut före och efter skakning? Om så är fallet, hur ser det annorlunda ut? Kan du förklara dina resultat? Vilken färg är blandningen?
• Extra: kan du separera andra flytande blandningar med salt? Vad sägs om etanol och vatten eller aceton och vatten? Prova olika flytande blandningar för att ta reda på det!
• Extra: Finns det några andra salter—till exempel kaliumklorid, ett saltersättning eller Epsom—salt-som du kan använda för att separera vätskor? Upprepa testet, men den här gången använder du ett annat salt än bordsalt. Ser du fortfarande samma resultat? Om inte – hur är dina resultat olika?
• Extra: hur mycket salt behöver du för att separera spritalkoholen och vattnet? Ta reda på genom att variera mängden salt som du lägger till spritalkohol och vattenblandningen.

observationer och resultat
Du borde ha sett att saltet lätt upplöses i vattnet i kopp 1. (Efter att ha skakat det verkade saltet försvinna.) Kom ihåg att detta inträffar eftersom de joniska saltmolekylerna lätt binder till de polära vattenmolekylerna. Saltet upplöstes emellertid inte lika lätt i spritalkoholen i kopp 2. (Även efter att ha skakat det kommer du fortfarande att kunna se saltet.) Detta inträffar eftersom alkoholmolekylerna är mindre polära än vatten är, så saltjonerna binder inte lika lätt med dem.

med permanent markörbläck borde du ha observerat exakt motsatt fenomen. Bläcket löser sig inte bra i vatten men det gör det lätt i alkoholen, vilket ger den senare mycket mer färg. Detta beror på att gnidningsalkohol också har en del av sin molekyl som inte har några laddningar och är icke-polär. Denna del är mer kompatibel med icke-polära molekyler såsom markörbläck.

När du blandar spritalkoholen med vatten gör de senare molekylerna vätebindningar med vattenmolekylerna. Alkoholen löses upp i vattnet för att bilda en homogen lösning, så du kan inte skilja alkoholen och vattnet längre. Om du lägger till salt i blandningen vill saltet emellertid lösas upp i vattnet och konkurrerar med alkoholen för vattenmolekylerna. Eftersom det finns färre vattenmolekyler tillgängliga för att göra vätebindningar med alkoholmolekylerna blir alkoholen mindre löslig i vatten–alkoholblandningen och bildar så småningom ett separat lager ovanpå vattnet. Båda skikten ska ha en annan färg, med vattnet mestadels klart och alkoholen mer färgad. Detta inträffar eftersom markörbläcket är mer lösligt i spritalkoholen.

Cleanup
spola alla dina blandningar ner i diskbänken med mycket kallt vatten. Tvätta händerna och rengör ditt arbetsområde.

Mer att utforska
kemi för barn: lösningar och upplösning, från Ducksters
skapa Undervattensfyrverkerier med kemi, från Scientific American
Science Activity för alla åldrar!, från Science Buddies

denna aktivitet kom till dig i samarbete med Science Buddies