Toto laboratorní cvičení se zabývá konceptem rozpustnosti a zkoumá, jak se různé látky – jako je kuchyňská sůl, cukr, křídový prášek, hydrogenuhličitan sodný a kukuřičný škrob – rozpouštějí ve vodě a případně v ethanolu nebo oleji při různých teplotách. Cílem je odhalit vliv teploty na rozpustnost různých látek v každém rozpouštědle, a tím pochopit dynamický vztah mezi teplotou, rozpouštěnou látkou a rozpouštědlem v procesu rozpouštění.
Vzdělávací cíle
- Porozumění rozpustnosti: Účastníci prozkoumají základní koncept rozpustnosti a naučí se, jak kapacitu rozpouštědla rozpouštět látku ovlivňuje teplota a chemická povaha látky i rozpouštědla.
- Vliv teploty na rozpustnost: Cílem této lekce je ukázat, že rozpustnost většiny pevných látek ve vodě se s rostoucí teplotou zvyšuje, což umožňuje lepší rozpuštění rozpuštěné látky.
- Vhledy do chemických interakcí: Prostřednictvím porovnání rozpustnosti různých látek v různých rozpouštědlech získají účastníci vhled do významu chemických interakcí v procesech rozpouštění.
Tato lekce nejen osvětlí základy rozpustnosti, ale nabídne i neocenitelnou praktickou zkušenost. Zkoumáním rozpustnosti různých látek za různých podmínek účastníci dosáhnou komplexního pochopení toho, jak teplota a chemické vlastnosti ovlivňují rozpustnost. Toto zkoumání podtrhuje význam chemických interakcí při rozpustnosti a nabízí praktické uplatnění chemických principů nezbytných pro studium a výzkum v oboru.
Protokol
- Měření vody
Použijte odměrný válec k odměření 100 ml studené kohoutkové vody a nalijte ji do 100 ml kádinky.
- Příprava na topnou sezónu
a) Vložte magnetickou míchací tyčinku do kádinky.
b) Položte kádinku na topnou desku, aniž byste ji zapnuli.
- Instalace teploměru
a) Připevněte univerzální svorku k podpěře nad středem kádinky.
b) Teploměr vložte do kádinky tak, aby byl zajištěn univerzální objímkou bez dotyku dna.
- Vážení soli
a) Pomocí stěrky přidejte do kádinky přibližně 10 g kuchyňské soli (chloridu sodného).
b) Nasypte sůl do studené vody v kádince.
- Rozpouštění soli
a) Zapněte magnetické míchadlo pro dobré promíchání.
b) Postupně přidávejte 10g porce soli až do celkového přídavku 20 g, přičemž při každém přidání vyčkejte na úplné rozpuštění.
c) Pokračujte v přidávání 2 g soli po částech, dokud se sůl již nerozpouští a nezačne se hromadit na dně kádinky.
Poznamenejte si celkové množství soli, které bylo nalito do kádinky, aby se dosáhlo bodu, kdy se sůl již nerozpouští a začíná se hromadit na dně kádinky.
- Vytápění
a) Nastavte plotýnku na 75 °C pro ohřev roztoku.
b) Sledujte, zda se nahromaděná sůl s rostoucí teplotou rozpouští.
c) Poznamenejte si teplotu zobrazenou na teploměru v okamžiku, kdy se sůl zcela rozpustí.
- Reprodukce experimentu
a) Proveďte stejné kroky s cukrem (glukózou), křídovým práškem (uhličitanem vápenatým), hydrogenuhličitanem sodným a kukuřičným škrobem (škrobem), abyste porovnali rozpustnost těchto látek.
b) Mezi jednotlivými pokusy obsah skleněných nádob důkladně vyprázdněte do sběrné nádoby a nádoby omyjte destilovanou vodou.
c) Pro každou pevnou látku se množství, které budete muset přidat do kádinky s vodou pro dosažení úplného rozpuštění, bude lišit od jedné pevné látky ke druhé.
Předvídané výsledky
Rozpustnost kuchyňské soli v závislosti na teplotě
Výsledky naznačují nárůst rozpustnosti kuchyňské soli s rostoucí teplotou. Zpočátku se všechen přidaný sůl rozpustil ve vodě při pokojové teplotě (rozpustnost je 36 g/100 ml), ale když byl přidán další sůl za určitou hranicí, začal se usazovat na dně, což naznačuje dosažení limitu rozpustnosti. Po zahřátí se rozpustnost zvýšila a umožnila rozpuštění většího množství soli.
Rozpustnost různých látek ve vodě
Kuchyňská sůl: rozpustná ve vodě (36g/100mL při 25C).
Cukr: rozpouští se ve vodě (91 g/100 ml při 25 °C).
Křídový prášek: nerozpustný a časem se usazuje na dně.
Hydrogenuhličitan sodný: rozpouští se ve vodě (9,6 g/100 ml při 25 °C).
Kukuřičný škrob: nerozpustný a časem se usazuje na dně.
Rozpustnost v různých rozpouštědlech
V alkoholu a oleji jsou všechny výše uvedené látky nerozpustné.
Sledování faktorů rozpustnosti
Studenti pozorují, jak povaha rozpouštěné látky, rozpouštědla a teploty ovlivňuje rozpustnost. Například uvidí, že sůl se rozpouští ve vodě, ale ne v oleji nebo alkoholu.
Rozpustnost se změnami teploty
Experimentálně zjistí, jak se mění rozpustnost kuchyňské soli s teplotou a poznamenají si, že rozpustnost se s rostoucí teplotou zvyšuje.
Porozumění rozpustnosti
Studenti se učí, že ne všechny látky se rozpouštějí ve všech rozpouštědlech a že rozpustnost látky závisí na chemické povaze rozpouštěné látky i rozpouštědla.
Vliv teploty
Experiment ukazuje, že teplota může významně ovlivnit rozpustnost látky, přičemž vyšší teploty obecně zvyšují rozpustnost pevných látek v kapalinách.
Koncepty rozpustnosti
Experiment ilustruje koncept rozpustnosti a ukazuje, že je to vlastnost látky, která se může lišit v závislosti na rozpouštědle a podmínkách, jako je teplota.
Povaha látek rozpuštěných a rozpouštědel
Studenti na vlastní oči zjišťují, že chemická povaha rozpouštěných látek a rozpouštědel určuje rozpustnost, čímž zdůrazňují koncept “podobné rozpouští podobné” v chemii. Vliv teploty na rozpustnost: Experiment poskytuje praktické pochopení toho, jak teplota ovlivňuje rozpustnost látek, v souladu s principem, že rozpustnost většiny pevných látek se s rostoucí teplotou zvyšuje.
Shrnutí úkolů podle věkové kategorie
3.–5. třída (věk 8–10 let)
- FokusZákladní úvod do rozpustnosti a jednoduchá pozorování.
- AktivityPozorování rozpouštění různých látek ve vodě, jednoduché porovnání rozpustnosti při různých teplotách, základní bezpečnostní pokyny.
6.–8. ročník (věk 11–13 let)
- Fokus: Střední porozumění rozpustnosti a vlivu teploty.
- Aktivity: Měření rozpustnosti různých látek ve vodě a jiných rozpouštědlech, pozorování vlivu teploty na rozpustnost, zaznamenávání pozorování, dodržování podrobných bezpečnostních protokolů.
Třídy 9–12 (věk 14–18 let)
- FokusPokročilé porozumění rozpustnosti, vlivům teploty a chemickým interakcím.
- AktivityProvádění podrobných experimentů pro měření rozpustnosti různých rozpouštěných látek ve vodě, ethanolu a oleji při různých teplotách, analýza chemických interakcí ovlivňujících rozpustnost, pečlivá dokumentace a analýza výsledků, dodržování pokročilých bezpečnostních protokolů.
Laboratorní potřeby
Nástroje
- Kádinky (50 ml, 100 ml, 500 ml a 1000 ml)
- Elektronická váha
- Odmerné valce (70ml a 100ml)
- Plotýnka
- Stojan a svorky
- Magnetické míchadlo
- Stěrky
- Zkumavky
- Teploměry
- Časovač
Produkty
- Jedlá soda
- Uhličitan vápenatý (prášek)
- Ethanol
- Glukóza (prášek)
- Olivový olej
- Chlorid sodný (prášek)
- Škrob (prášek)