Această sesiune de laborator explorează conceptul de solubilitate, examinând cum anumiți solviți – cum ar fi sarea de bucătărie, zahărul, pudra de cretă, bicarbonatul de sodiu și amidonul de porumb – se dizolvă în apă și, potențial, în etanol sau ulei la diferite temperaturi. Scopul este de a descoperi efectul temperaturii asupra solubilității diferitelor substanțe în fiecare solvent, înțelegând astfel relația dinamică dintre temperatură, solvit și solvent în procesul de dizolvare.
Obiective educaționale
- Înțelegerea solubilității: Participanții vor explora conceptul fundamental de solubilitate, învățând cum capacitatea unui solvent de a dizolva un solut este influențată de temperatură și de natura chimică atât a solutului, cât și a solventului.
- Impactul temperaturii asupra solubilității: Sesiunea își propune să demonstreze că solubilitatea majorității solidelor în apă crește odată cu temperatura, facilitând o dizolvare mai mare a substanței dizolvate.
- Informații despre interacțiunea chimică: Prin compararea solubilității diferiților solviți în diverși solvenți, participanții vor înțelege importanța interacțiunilor chimice în procesele de dizolvare.
Această sesiune nu numai că iluminează elementele de bază ale solubilității, dar oferă și o experiență practică inestimabilă. Prin investigarea solubilității diferitelor substanțe în condiții variate, participanții vor dobândi o înțelegere cuprinzătoare a modului în care temperatura și proprietățile chimice influențează solubilitatea. Această explorare subliniază importanța interacțiunilor chimice în solubilitate, oferind o aplicație practică a principiilor chimice esențiale pentru studii și cercetări în domeniu.
Protocol
- Măsurarea apei
Folosiți o eprubetă gradată pentru a măsura 100 ml de apă rece de la robinet și turnați-o într-un pahar Berzelius de 100 ml.
- Pregătire pentru încălzire
a) Plasați o bară de agitare magnetică în pahar.
b) Așezați paharul pe plita fierbinte fără a o porni.
- Instalarea termometrului
a) Atașați o clemă universală de suport, deasupra centrului eprubetei.
b) Introduceți termometrul în vas prin fixarea lui cu o clemă universală, având grijă să nu atingă fundul.
- Cântărirea sării
a) Folosind o spatulă, adăugați aproximativ 10 g de sare de masă (clorură de sodiu) în recipient.
b) Toarnă sarea în apa rece din pahar.
- Dizolvarea sării
a) Activați agitatorul magnetic pentru o amestecare bună.
b) Adăugați succesiv porțiuni de 10 g de sare, până la un total suplimentar de 20 g, așteptând de fiecare dată dizolvarea completă.
c) Continuați să adăugați câte 2 g de sare până când sarea nu se mai dizolvă și începe să se acumuleze pe fundul paharului.
Notați cantitatea totală de sare care a fost adăugată în pahar până în acest punct, unde sarea nu se mai dizolvă și începe să se acumuleze pe fundul paharului.
- Încălzire
a) Setați plita la 75°C pentru a încălzi soluția.
b) Observați dacă sarea acumulată se dizolvă odată cu creșterea temperaturii.
c) Notați temperatura afișată pe termometru în momentul în care sarea s-a dizolvat complet.
- Reproducerea experimentului
a) Repetați aceiași pași cu zahărul (glucoză), pudra de cretă (carbonat de calciu), bicarbonatul de sodiu și amidonul de porumb (amidon) pentru a compara solubilitatea acestor substanțe.
b) Goliți complet conținutul sticlăriei în recipientul de recuperare și curățați cu apă distilată între experimente.
c) Pentru fiecare solid, cantitatea pe care va trebui să o adăugați în vasul cu apă pentru a obține dizolvarea completă va varia de la un solid la altul.
Rezultate anticipate
Solubilitatea sării de masă în funcție de temperatură
Rezultatele indică o creștere a solubilității sării de masă odată cu creșterea temperaturii. Inițial, toată sarea adăugată s-a dizolvat în apă la temperatura camerei (solubilitatea este de 36g/100mL), dar când s-a adăugat mai multă sare dincolo de un anumit punct, aceasta a început să se depună pe fund, indicând că s-a atins limita de solubilitate. Prin încălzire, solubilitatea a crescut, permițând dizolvarea unei cantități mai mari de sare.
Solubilitatea diferitelor substanțe în apă
Sare de masă: se dizolvă în apă (36g/100mL la 25°C).
Zahăr: se dizolvă în apă (91g/100mL la 25C).
Pulbere de cretă: insolubilă și se depune pe fund în timp.
Bicarbonat de sodiu: se dizolvă în apă (9,6g/100mL la 25C).
Amidon de porumb: insolubil și se depune la fund în timp.
Solubilitate în solvenți diferiți
În alcool și ulei, toate substanțele de mai sus sunt insolubile.
Observarea factorilor de solubilitate
Elevii vor observa cum natura substanței dizolvate, a solventului și temperatura afectează solubilitatea. De exemplu, vor vedea că sarea se dizolvă în apă, dar nu în ulei sau alcool.
Solubilitate la modificarea temperaturii
Ei vor determina experimental cum se modifică solubilitatea sării de masă în funcție de temperatură, observând că solubilitatea crește pe măsură ce temperatura crește.
Înțelegerea solubilității
Studenții învață că nu toate substanțele dizolvate se dizolvă în toți solvenții și că solubilitatea unei substanțe depinde de natura chimică atât a substanței dizolvate, cât și a solventului.
Efectul temperaturii
Experimentul demonstrează că temperatura poate influența semnificativ solubilitatea unei substanțe, temperaturile mai ridicate crescând, în general, solubilitatea solidelor în lichide.
Concepte de solubilitate
Experimentul ilustrează conceptul de solubilitate, arătând că aceasta este o proprietate a unei substanțe care poate varia în funcție de solvent și de condiții precum temperatura.
Natura solvaților și a solvenților
Elevii observă direct că natura chimică a solutului și a solventului determină solubilitatea, subliniind conceptul de “asemenea dizolvă asemenea” în chimie. Efectul temperaturii asupra solubilității: Experimentul oferă o înțelegere practică a modului în care temperatura influențează solubilitatea substanțelor, aliniindu-se cu principiul că solubilitatea majorității solidelor crește cu temperatura.
Rezumatul temei pe intervale de note
Clasele 3-5 (Vârsta 8-10 ani)
- FocusIntroducere de bază despre solubilitate și observații simple.
- Activități: Observarea modului în care diferiți solvați se dizolvă în apă, comparații simple ale solubilității la diferite temperaturi, instrucțiuni de siguranță de bază.
Clasele 6-8 (Vârste 11-13)
- FocusÎnțelegere intermediară a solubilității și a efectului temperaturii.
- Activități: Măsurarea solubilității diferiților solvați în apă și alți solvenți, observarea impactului temperaturii asupra solubilității, înregistrarea observațiilor, respectarea protocoalelor detaliate de siguranță.
Clasele 9-12 (Vârste 14-18)
- Focus: Înțelegere avansată a solubilității, a efectelor temperaturii și a interacțiunilor chimice.
- Activități: Realizarea de experimente detaliate pentru măsurarea solubilității diferiților solvați în apă, etanol și ulei la diverse temperaturi, analiza interacțiunilor chimice care afectează solubilitatea, documentarea meticuloasă și analiza rezultatelor, respectarea protocoalelor avansate de siguranță.
Esențiale de laborator
Instrumente
- Pahare (50ml, 100ml, 500ml și 1000ml)
- Cântar electronic
- Cilindri gradati (70ml & 100ml)
- Plită
- Stand și cleme de laborator
- Agitator magnetic
- Spatule
- Eprubete
- Termometre
- Cronometru
Produse
- Bicarbonat de sodiu (praf)
- Carbonat de calciu (pulbere)
- Etanol
- Glucoză (pulbere)
- Ulei de măsline
- Clorură de sodiu (pulbere)
- Amidon (praf)