Rozdzielanie mieszanin

Problem badawczy:

Czy można wyodrębnić cukier z jego mieszaniny z piaskiem i wodą za pomocą sączenia i odparowywania?

Hipoteza:

Cukier można wyodrębnić z jego mieszaniny z piaskiem i wodą za pomocą sączenia oraz odparowania rozpuszczalnika.

Przebieg doświadczenia:

1. W pierścieniu umieszczono lejek z bibułą filtracyjną, a pod nim ustawiono pustą zlewkę. Nóżka lejka została oparta o ściankę zlewki dłuższym końcem.

2. Zwilżono bibułę wodą destylowaną i stopniowo przeprowadzono zawartość zlewki z wodą, cukrem i piaskiem przez bibułę filtracyjną.

3. Przesącz przeniesiono do parowniczki.

4. Za pomocą zapałek odpalono palnik.

5. Na trójnogu ustawionym nad palnikiem umieszczon parowniczkę i ogrzewano jej zawartość do momentu odparowania rozpuszczalnika.

Uwaga! Pamiętaj, by nie przegrzać zawartości parowniczki, zawsze kontroluj uważnie proces odparowywania rozpuszczalnika.

Obserwacje:

Po umieszczeniu mieszaniny w zestawie do sączenia na sączku pozostaje piasek, a w zlewce klarowny, bezbarwny roztwór (przesącz).

Weryfikacja hipotezy:

Postawiona hipoteza okazała się prawdziwa. Cukier można wyodrębnić z jego mieszaniny z wodą i piaskiem, stosując metodę sączenia i odparowania rozpuszczalnika.

Wnioski:

Aby rozdzielić mieszaninę piasku i roztworu cukru spożywczego, należy zastosować dwie metody. Pierwszy etap to sączenie (filtracja), w którym następuje rozdział piasku od roztworu wody i cukru spożywczego. Drugi etap polega na odparowaniu wody. Dzięki temu w parowniczce pozostaje wyłącznie wykrystalizowany cukier.

Zapoznaj się z poniższym opisem doświadczenia, a następnie wykonaj polecenie.

Problem badawczy:

W jaki sposób rozdzielić mieszaninę wody i acetonu?

Hipoteza:

Mieszaninę wody i acetonu można rozdzielić, stosując metodę destylacji.

Co było potrzebne?

• wodny roztwór acetonu (zmieszane w stosunku objętościowym $1:1$;

• zestaw do destylacji (płaszcz grzejny (lub płyta grzejna lub palnik), kolba okrągłodenna, chłodnica Liebiga, termometr w korku, kamyczki wrzenne, statywy, łapy, mufy, przewody silikonowe na wodę);

• zlewka.

Przebieg doświadczenia:

Do kolby okrągłodennej wlano mieszaninę wody i etanolu. Następnie do mieszaniny dosypano kilka kamyczków wrzennych. Kolbę zamknięto korkiem, w którym umocowano chłodnicę Liebiga oraz termometr. Następnie do chłodnicy podłączono gumowe węże doprowadzające i odprowadzające wodę i odkręcono dopływ wody do chłodnicy. Pod końcówkę chłodnicy podstawiono zlewkę służącą do odbierania kropli skraplających się w chłodnicy par. Następnie włączono zasilanie płaszcza grzejnego i rozpoczęto delikatne ogrzewanie mieszaniny. W momencie, w którym do zlewki zaczęły wpadać krople cieczy, odczytano temperaturę na termometrze i zebrano frakcję cieczy do momentu ponownego wzrostu temperatury. Gdy temperatura zaczęła rosnąć, zasilanie płaszcza grzejnego zostało wyłączone, gdyż destylowana mieszanina składała się z dwóch składników i drugi jej składnik pozostał w kolbie okrągłodennej.

Co zaobserwowano w czasie rozdziału mieszaniny?

Pierwszą frakcję zaczęto zbierać przy temperaturze około $56\ ^\circ\text C$. Następnie temperatura zaczęła stopniowo wzrastać do około $100\ ^\circ\text C$.

Wnioski:

Do rozdzielenia mieszaniny wody i acetonu wykorzystuje się różnice temperatur wrzenia. Aceton wrze w temperaturze $56\ ^\circ\text C$, więc zebrana frakcja to aceton. Woda natomiast wrze w temperaturze $100\ ^\circ\text C$,  zatem pozostała w kolbie okrągłodennej.

Zapoznaj się z poniższym opisem doświadczenia, a następnie wykonaj polecenie.

Problem badawczy:

W jaki sposób rozdzielić mieszaninę grubokrystaliczną siarki i żelaza?

Hipoteza:

Mieszaninę grubokrystaliczną siarki i żelaza można rozdzielić za pomocą magnesu.

Co było potrzebne?

• szkiełko zegarkowe lub połówka szalki Petriego;

• magnes;

• pręcik szklany;

• grubokrystaliczna siarka;

• opiłki żelaza.

Przebieg doświadczenia:

Na połówce szkiełka zegarkowego umieszczono mieszaninę grubokrystaliczną siarki i opiłków żelaza, a następnie do mieszaniny zbliżono magnes.

Co zaobserwowano w czasie rozdziału mieszaniny?

Magnes przyciągnął opiłki żelaza. Grubokrystaliczna siarka pozostała na szkiełku zegarkowym.

Wnioski:

Do rozdzielenia mieszaniny grubokrystalicznej siarki i opiłków żelaza zastosowano magnes, ponieważ żelazo ma właściwości magnetyczne.

Podsumowanie:

Takie materiały, które mają właściwości magnetyczne i są silnie przyciągane przez magnes, nazywamy ferromagnetykami. Należą do nich m.in. żelazo, nikiel, kobalt i niektóre pierwiastki oraz ich stopy, np. stal (stop żelaza i węgla). Pierwiastki, które nie wykazują właściwości magnetycznych, to m.in.: gazy szlachetne, miedź, złoto, krzem, grafit oraz lit, sód i potas. Pierwiastki, które nie reagują na pole magnetyczne, nazywamy diamagnetykami.

Zapoznaj się z poniższym opisem doświadczenia, a następnie wykonaj polecenie.

Problem badawczy:

W jaki sposób rozdzielić mieszaninę wody i sproszkowanej kredy?

Hipoteza:

Mieszaninę wody i sproszkowanej kredy można rozdzielić, stosując metodę dekantacji, poprzedzonej sedymentacją.

Co było potrzebne?

• woda destylowana;

• sproszkowana kreda;

• dwie zlewki;

• pręcik szklany.

Przebieg doświadczenia:

W zlewce przygotowano mieszaninę wody i sproszkowanej kredy. Odczekano, aż sproszkowana kreda odpadnie na dno zlewki, a następnie przelewano ciecz znad osadu po pręciku szklanym do kolejnej zlewki.

Co zaobserwowano w czasie rozdziału mieszaniny?

W pierwszym etapie zaobserwowano opadanie sproszkowanej kredy na dno zlewki. Po przelaniu roztworu w jednej zlewce pozostał osad, a w drugiej sama ciecz.

Wnioski:

Niejednorodną mieszaninę ciała stałego i cieczy można rozdzielić za pomocą metody dekantacji, czyli zlania cieczy znad osadu. Metoda ta poprzedzona jest sedymentacją, czyli procesem opadania ciała stałego w cieczy pod wpływem sił grawitacji. Należy jednak pamiętać, że zwykle dekantacja nie pozwala na całkowity rozdział mieszaniny. Porcję cieczy znajdującej się nad osadem stosunkowo łatwo jest oddzielić od cieczy. Jednak ostatnie porcje są trudne do rozdzielenia w ten sposób ze względu na ciągłe mieszanie drobin ciała stałego z cieczą.

Zapoznaj się z poniższym opisem doświadczenia, a następnie wykonaj polecenie.

Problem badawczy:

W jaki sposób rozdzielić mieszaninę mleka i benzyny?

Hipoteza:

Mieszaninę mleka i benzyny można rozdzielić za pomocą rozdzielacza.

Co było potrzebne?

• statyw;

• rozdzielacz;

• lejek;

• dwie zlewki;

• benzyna;

• mleko.

Przebieg doświadczenia:

W zlewce wymieszano benzynę i mleko w stosunku $1:1$, a następnie mieszaninę przelano do rozdzielacza z zamkniętym kranikiem przy pomocy lejka. Rozdzielacz zamknięto korkiem, umieszczono na statywie i zdjęto korek. Pod rozdzielaczem ustawiono zlewkę, tak aby końcówka rozdzielacza nie dotykała ściany zlewki. Odkręcono kranik rozdzielacza i przelewano ciecz aż do momentu wyraźnej granicy między cieczami.

Co zaobserwowano podczas rozdziału mieszaniny?

Cieczą, która została zebrana w zlewce jest mleko. W rozdzielaczu pozostała benzyna.

Wnioski:

Do rozdzielenia mieszaniny mleka i benzyny zastosowano rozdzielacz. Metoda ta wykorzystuje fakt, że ciecze nie mieszają się ze sobą. Warto zauważyć również wyraźną różnicę w gęstości obu cieczy. Mleko ma większość gęstość od benzyny, dlatego stanowiło warstwę dolną mieszaniny i jako pierwsze zostało przelane do zlewki.

Zapoznaj się z poniższym opisem doświadczenia, a następnie wykonaj polecenie.

Problem badawczy:

W jaki sposób rozdzielić mieszaninę wodnych roztworów jodu i azotanu$(\text V)$ potasu?

Hipoteza:

Mieszaninę wodnych roztworów jodu i azotanu$(\text V)$ potasu można rozdzielić stosując metodę ekstrakcji.

Co było potrzebne?

• woda destylowana;

• chloroform;

• kryształy jodu;

• azotan$(\text V)$ potasu;

• mieszanina wodnego roztworu jodu i azotanu(V) potasu (zmieszane w stosunku objętościowym $1:1$);

• probówki z korkami;

• statyw na probówki;

• rozdzielacz z korkiem na statywie;

• lejek;

• zlewka;

• statyw, mufa, łapa.

Przebieg doświadczenia:

W pierwszym etapie doświadczenia przygotowano cztery probówki. Do dwóch z nich wsypano kilka kryształów jodu, a do dwóch pozostałych odrobinę azotanu$(\text V)$ potasu, a następnie do jednej probówki z jodem i jednej probówki z azotanem$(\text V)$ potasu wlano po $5\ \text{cm}^3$ wody destylowanej, a do dwóch pozostałych probówek wlano po $5\ \text{cm}^3$ chloroformu. Wszystkie probówki zamknięto korkami i intensywnie wstrząśnięto. Zanotowano obserwacje dotyczące rozpuszczalności substancji w obu rozpuszczalnikach. W drugim etapie doświadczenia przygotowaną mieszaninę wodnych roztworów jodu i azotanu$(\text V)$ potasu przelano za pomocą lejka do rozdzielacza umieszczonego na statywie. Do rozdzielacza następnie dolano jednakową objętość chloroformu, a następnie zamknięto go korkiem. Całość wytrząśnięto, wyrównując od czasu do czasu ciśnienie poprzez podnoszenie korka. Po ustaleniu się wyraźnej granicy między cieczami, odkręcono kranik i dolną warstwę cieczy zebrano do zlewki. Następnie do rozdzielacza wlano następną porcję chloroformu i powtórzono wykonane wcześniej czynności.

Co zaobserwowano podczas rozdziału mieszaniny?

W pierwszym etapie doświadczenia zaobserwowano następujące zmiany:
Probówka 1: (woda + kryształy jodu): powstaje brunatna ciecz, część jodu pozostała na dnie probówki
Probówka 2: (chloroform + kryształy jodu): powstaje klarowny, różowy roztwór
Probówka 3: (woda + azotan$(\text V)$ potasu): powstaje klarowny, bezbarwny roztwór
Probówka 4: (chloroform + azotan$(\text V)$ potasu): na dnie probówki pozostaje biały osad

W drugim etapie doświadczenia zaobserwowano następujące zmiany:
Podczas dodawania chloroformu do rozdzielacza i wytrząsaniu zawartości powstawała ciekła mieszanina niejednorodna, w której dolna warstwa była zabarwiona na różowo, a górna była bezbarwna. Różową ciecz przelewano do zlewki, a bezbarwna ciecz pozostawała w rozdzielaczu.

Wnioski:

Wnioski z pierwszego etapu doświadczenia:
Azotan$(\text V)$ potasu rozpuszcza się w wodzie, a nie rozpuszcza się w chloroformie. Jod lepiej rozpuszcza się w chloroformie, niż w wodzie.

Wnioski z drugiego etapu doświadczenia:
Do rozdzielenia mieszaniny roztworu jodu i azotanu$(\text V)$ potasu zastosowano metodę ekstrakcji. Metoda ta wykorzystuje różnicę rozpuszczalności składników w różnych rozpuszczalnikach. Zgodnie z zasadą podobne rozpuszcza się w podobnym, jod lepiej rozpuszcza się w rozpuszczalnikach niepolarnych i słabo polarnych, takich jak chloroform, ponieważ pomiędzy atomami jodu występuje wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane. Dlatego po dodaniu chloroformu do mieszaniny jod niejako wydostaje się z wody i przechodzi do warstwy chloroformowej. Z pierwszej części doświadczenia wiemy, że jod w połączeniu z chloroformem tworzy różowy roztwór. Dzięki wprowadzaniu kolejnych porcji chloroformu i wytrząsaniu, pozbywamy się jodu z mieszaniny. W ten sposób następuje rozdzieleniu jodu od azotanu$(\text V)$ potasu. Za pomocą ekstrakcji możemy zatem rozdzielić substancje polarne od substancji niepolarnych.

Dodatkowo należy pamiętać, że wykorzystujemy tutaj również różnice w gęstości pomiędzy rozpuszczalnikami. Chloroform ma gęstość większą od gęstości wody. Dodatkowo do warstwy chloroformu przedostaje się jod, który charakteryzuje się dużą masą. Wobec tego roztwór jodu w chloroformie stanowi warstwę dolną w rozdzielaczu.

Problem badawczy:

W jaki sposób rozdzielić atrament na poszczególne składniki?

Hipoteza:

Atrament można rozdzielić na poszczególne składniki, stosując metodę chromatografii cienkowarstwowej.

Co było potrzebne?

• aceton;

• bibuła filtracyjna;

• płytka TLC;

• pęseta; 

• szkiełko zegarkowe;

• atrament;

• pipeta;

• zlewka;

• ołówek;

• linijka.

Przebieg doświadczenia:

Na płytce TLC zaznaczono ołówkiem linię startu około $1-2\ \text{cm}$ od dolnej krawędzi płytki. Na płytkę naniesiono kroplę atramentu. Do zlewki wprowadzono bibułę filtracyjną, tak że pokryła ona ściankę zlewki. Do zlewki wlano aceton, tak żeby jego poziom był niższy niż wysokość kreski na płytce TLC. Kiedy bibuła filtracyjna nasączyła się eluentem, do komory włożono pionowo płytkę TLC i delikatnie oparto o ścianę zlewki. Następnie komorę zamknięto przy pomocy szkiełka zegarkowego. Odczekano, aż eluent przemieści się w górę płytki i dotrze do około $1\ \text{cm}$ od jej górnej krawędzi. Na koniec płytkę TLC wyjęto z komory i osuszono.

Co zaobserwowano w czasie rozdziału mieszaniny?

Po wysuszeniu i wyciągnięciu płytki TLC z komory chromatograficznej można zauważyć, że z pojedynczej próbki naniesionej na linie startu, po rozwinięciu, widnieje kilka plamek o różnych barwach, położonych w różnej odległości od linii startu.

Wnioski:

Pojawienie się kilku plamek po rozwinięciu płytki oznacza, że próbka była mieszaniną substancji. Ilość plamek bardzo często mówi o tym, ile różnych substancji jest w badanej mieszaninie.