Відокремте рідини сіллю!

Солоний науковий проект

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.sciachingamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text =" Зареєструватися "data-newsletterpromo_art button-link = "https://www.sciachingamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

Ключові поняття
Хімія
Рішення
Змішуваність
Полярність
Розчинність

Вступ
Ви, напевно, знаєте, що деякі рідини, такі як олія та вода, не змішуються між собою. Якщо перелити їх в ту саму ємність, вони утворюватимуть окремі шари рідини, один на одному. Інші рідини, наприклад, спирт і вода, що стирається, можна змішувати між собою. Але чи знали ви, що як тільки обидві ці рідини змішаються, ви зможете розділити їх знову на два різні шари? Як ти можеш це зробити? Відповідь може здивувати вас - сіллю! У цій діяльності ви дізнаєтесь, як це працює.

Передумови
Коли дві рідини можна змішувати між собою, вони “змішуються” - вони утворюють щось, що називається однорідним розчином, що означає, що ви більше не можете розрізнити дві рідини. На відміну від них, коли їх не можна змішувати, вони “не змішуються” - вони утворюють два окремі шари, які називаються гетерогенним розчином. Щоб мати змогу змішуватися, молекули обох рідин повинні мати змогу притягувати одна одну. Молекули, які є полярними (тобто їх електричний заряд розподіляється нерівномірно, тому вони мають більш позитивну і негативну сторони), як правило, утворюють водневі зв’язки, тоді як неполярні молекули (які мають рівний баланс заряду) не схильні утворювати такі зв’язки. Оскільки молекули води є полярними, будь-яка рідина, яка не має полярних молекул - наприклад, нафта - зазвичай не змішується з водою.

Молекули спирту, що натирається, мають полярну і неполярну частини, а це означає, що вони здатні утворювати водневі зв’язки з водою і, отже, здатні змішуватися з нею. Але як можна розірвати ці зв’язки, щоб розділити обидві рідини після їх змішування? До суміші потрібно додати щось, що конкурує зі спиртом у зв’язуванні з молекулами води. Одна речовина, яка може це зробити, - це сіль. Сіль є іонною сполукою, тобто вона є речовиною, що складається з електрично заряджених молекул, які називаються іонами. Коли іонні сполуки розчиняються у воді, окремі іони відокремлюються і оточуються молекулами води - процес, який називається сольватацією. Оскільки сольові іони заряджені, вони набагато краще розчиняються в полярному розчиннику, який також трохи більше заряджений, ніж неполярний розчинник. З цієї причини іони солі привертають молекули води набагато сильніше, ніж молекули спирту, оскільки алкоголь менш полярний, ніж вода. Це означає, що коли багато солі, всі молекули води будуть зв’язуватися з іонами солі, не залишаючи жодної, щоб утворювати водневі зв’язки з молекулами спирту. В результаті спирт стає незмішуваним з водою і починає утворювати окремий шар. Цей процес називається "засоленням" або "сольовим поділом фаз".

Історично цей метод використовувався в процесі виготовлення мила для видалення інгредієнтів, яких не повинно бути в кінцевому мильному продукті. Соління також часто використовується в лабораторіях біохімії для очищення білків, оскільки різні молекули білка стають не змішувальними при різних концентраціях сольових розчинів. Хіміки використовують цю техніку для вилучення рідин з розчину, що саме ви збираєтеся робити у цій діяльності: Ви відокремите суміш для спирту та води, використовуючи лише чайну ложку кухонної солі!

Матеріали

Чотири прозорі міні-чашки (дві унції) з кришками
Перманентний маркер
Вода з під крану
Спирт для натирання (70 відсотків ізопропілового спирту)
Кухонна сіль
Набір мірних ложок
Робоча зона, яка може переносити розливи
Етанол або ацетон (можна знайти в будівельних магазинах) (необов’язково)
Замінник солі, такий як хлорид калію або сіль Епсома (за бажанням)

Підготовка

На постійному маркувальному ярлику міні чашки 1, 2, 3 і 4.
Додайте півтори столові ложки води в чашки 1 і 3.
Додайте півтори столові ложки спирту для розтирання в чашки 2 і 4.

Процедура

Спостереження та результати
Ви повинні були побачити, що сіль легко розчиняється у воді в чашці 1. (Після її струшування сіль, здавалося, зникає.) Пам'ятайте, що це відбувається тому, що іонні молекули солі легко зв'язуються з полярними молекулами води. Сіль, однак, не так легко розчинялася в спирті, що натирався в чашці 2. (Навіть після її струшування ви все одно зможете побачити сіль.) Це відбувається тому, що молекули алкоголю менш полярні, ніж вода, тому сіль іони не зв’язуються з ними так легко.

За допомогою постійних маркерних чорнил ви мали спостерігати прямо протилежне явище. Чорнило погано розчиняється у воді, але легко розчиняється у спирті, надаючи останньому набагато більше кольору. Це пов’язано з тим, що спирт, що натирається, також має частину своєї молекули, яка не має зарядів і є неполярною. Ця частина більш сумісна з неполярними молекулами, такими як маркерні чорнила.

Коли ви змішуєте спирт, що втирається, з водою, молекули останньої утворюють водневі зв’язки з молекулами води. Спирт розчиняється у воді з утворенням однорідного розчину, тому ви більше не можете розрізнити спирт і воду. Однак якщо ви додаєте сіль до суміші, сіль хоче розчинитися у воді і конкурує зі спиртом за молекули води. Оскільки для зменшення водневих зв’язків з молекулами алкоголю доступно менше молекул води, спирт стає менш розчинним у суміші вода-спирт, з часом утворюючи окремий шар поверх води. Обидва шари повинні мати різний колір, при цьому вода переважно прозора, а спирт більш забарвлений. Це відбувається тому, що маркерні чорнило більш розчинні в спирті, що стирається.

Прибирати
Промийте всі ваші суміші в раковині великою кількістю холодної води. Вимийте руки і почистіть робочу зону.

Ця діяльність була надана вам у партнерстві з Science Buddies