Analiza eksperymentu: Badanie właściwości fizycznych substancji, które tworzą kryształy jonowe, kowalencyjne, molekularne i metaliczne.

Problem badawczy:

1. Czy kryształy jonowe, kowalencyjne, molekularne i metaliczne rozpuszczają się w wodzie?

2. Czy kryształy jonowe, kowalencyjne, molekularne i metaliczne rozpuszczają się w rozpuszczalniku organicznym?

3. Czy kryształy jonowe, kowalencyjne, molekularne i metaliczne charakteryzują się takimi samymi temperaturami topnienia?

Hipoteza: Kryształy jonowe, kowalencyjne, molekularne i metaliczne, charakteryzują się zróżnicowaną rozpuszczalnością w wodzie i w rozpuszczalnikach organicznych oraz różnymi temperaturami topnienia.

Sprzęt laboratoryjny:

• zlewki o pojemności $250 {\text{cm}}^3$ – naczynie szklane o kształcie cylindrycznym, stosowane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;

• cylinder miarowy o pojemności $100 {\text{cm}}^3$ – naczynie laboratoryjne o kształcie otwartego z jednej strony walca, stosowane do odmierzania określonej objętości cieczy;

• pręciki szklane (bagietki szklane) – sprzęt laboratoryjny o kształcie prostego pręta szklanego, czasami zakończonego z jednej strony małą rączką, a z drugiej małą łopatką;

• łyżki laboratoryjne – długi trzonek wykonany ze szkła, porcelany lub metalu zakończony z jednej strony łyżeczką, służy do nabierania sypkich substancji chemicznych;

• kapilara szklana – rurka szklana o bardzo małym przekroju wewnętrznym;

• aparatura do wyznaczania temperatury topnienia – automatyczny miernik temperatury topnienia; w celu wykonania pomiaru do urządzenia wprowadzana jest kapilara z badaną próbką, która jest następnie ogrzewana z określoną prędkością, aż do stopienia próbki.

Odczynniki chemiczne: woda destylowana, chloroform, cyna, sacharoza, jod, chlorek sodu, siarczan$\left(\text{VI}\right)$ wapnia‑woda$(1/2)$, tlenek krzemu$\left(\text{IV}\right)$, siarka. 

Przebieg eksperymentu:

Część $1$

1. Niewielką ilość badanej substancji wprowadzić do zlewki, a następnie wlać do niej około $75 {\text{cm}}^3$ wody destylowanej.

2. Zawartość zlewki wymieszać bagietką.

3. Powtórzyć punkty $1$ i $2$ dla pozostałych substancji zamieszczonych w wirtualnym laboratorium.

Część $2$

1. Niewielką ilość badanej substancji wprowadzić do zlewki, a następnie wlać do niej około $75 {\text{cm}}^3$ chloroformu.

2. Zawartość zlewki wymieszać bagietką.

3. Powtórzyć punkty $1$ i $2$ dla pozostałych substancji zamieszczonych w wirtualnym laboratorium.

Część $3$

1. Umieścić kapilarę z niewielką ilością badanej substancji w aparaturze do wyznaczania temperatury topnienia.

2. Ustalić temperaturę topnienia badanej substancji odczytując wskazania aparatury.

3. Powtórzyć punkty $1$ i $2$ dla pozostałych substancji zamieszczonych w wirtualnym laboratorium.

Obserwacje:

Część $1$: Sacharoza oraz chlorek sodu tworzą z wodą destylowaną mieszaniny jednorodne. Pozostałe substancje badane w laboratorium (cyna, jod, siarczan$\left(\text{VI}\right)$ wapnia‑woda$(1/2)$, tlenek krzemu$\left(\text{IV}\right)$ i siarka, tworzą z wodą destylowaną mieszaniny niejednorodne.

Część $2$: Jod i siarka tworzą z chloroformem mieszaniny jednorodne (jod tworzy z chloroformem fioletowy roztwór). Pozostałe substancje badane w laboratorium (sacharoza, chlorek sodu, cyna, siarczan$\left(\text{VI}\right)$ wapnia‑woda$(1/2)$ i tlenek krzemu$\left(\text{IV}\right)$, tworzą z chloroformem mieszaniny niejednorodne.

Część $3$: Każda z wymienionych substancji uległa stopieniu podczas ogrzewania w aparaturze.

Wyniki:

Sacharoza i chlorek sodu rozpuszczają się w wodzie. Jod i siarka rozpuszczają się w chloroformie.
W trakcie pomiarów odnotowano następujące temperatury topnienia:

• $232°\text{C}$ dla cyny;

• $186°\text{C}$ dla sacharozy;

• $114°\text{C}$ dla jodu;

• $801°\text{C}$ dla chlorku sodu;

• $1450°\text{C}$ dla siarczanu$\left(\text{VI}\right)$ wapnia–woda$(1/2)$;

• $1710°\text{C}$ dla tlenku krzemu$\left(\text{IV}\right)$;

• $113°\text{C}$ dla siarki.

Wnioski:

W wirtualnym laboratorium badano trzy substancje tworzące kryształy molekularne (sacharoza, jod i siarka), jedną substancję tworzącą kryształy kowalencyjne (tlenek krzemu$\left(\text{IV}\right)$), dwie substancje tworzące kryształy jonowe (chlorek sodu i siarczan$\left(\text{VI}\right)$ wapnia‑woda$(1/2)$ oraz jedną substancję tworzącą kryształy metaliczne (cyna).

Wszystkie analizowane substancje, niezależnie od rodzaju tworzonych kryształów, różniły się rozpuszczalnością w wodzie i chloroformie. W wodzie dobrze rozpuszczały się jedynie chlorek sodu (kryształy jonowe) i sacharoza (kryształy molekularne). Z kolei w chloroformie dobrze rozpuszczały się jedynie jod i siarka (kryształy molekularne). Analizowane substancje różniły się również temperaturami topnienia, przy czym najniższymi ich wartościami charakteryzowały się substancje tworzące kryształy molekularne, a najwyższymi te, które tworzyły kryształy jonowe i kowalencyjne.

Postawiona hipoteza została potwierdzona – kryształy jonowe, kowalencyjne, molekularne i metaliczne, charakteryzują się zróżnicowaną rozpuszczalnością w wodzie i w rozpuszczalnikach organicznych oraz różnymi temperaturami topnienia.

Czy wszystkie kryształy rozpuszczają się w benzynie? Przeprowadzono eksperyment w laboratorium chemicznym i zweryfikowano hipotezę. W formularzu zanotowano obserwacje i wyniki, a następnie sformułowano wnioski.

Analiza eksperymentu:

Badanie rozpuszczalności kryształów o różnej budowie w rozpuszczalniku niepolarnym – na przykładzie benzyny.

Problem badawczy:

Czy wszystkie typy kryształów rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych?

Hipoteza:

Fosfor czerwony i grafit rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych, a chlorek sodu i sacharoza nie ulegają rozpuszczeniu.

Sprzęt laboratoryjny:

cztery zlewki (${\mathrm{50}}_{}{}_{}{\mathrm{cm}}^3$); bagietka; łyżka laboratoryjna; pipety Pasteura; kolba Erlenmeyera.

Odczynniki chemiczne:

chlorek sodu (sól kuchenna); cukier spożywczy (sacharoza); fosfor czerwony; węgiel (grafit); benzyna.

Przebieg eksperymentu:

1. Przy pomocy wagi odważono po $3$ gramy substancji i wsypano do zlewek, zgodnie z poniższymi punktami:

   • do zlewki $\text{1.}$ – chlorek sodu;

   • do zlewki $\text{2.}$ – sacharoza;

   • do zlewki $\text{3.}$ – fosfor czerwony;

   • do zlewki $\text{4.}$ – grafit.

2. Następnie, za pomocą pipet Pasteura, odmierzono po ${\mathrm{15}}_{}{}_{}{\mathrm{cm}}^3$ benzyny i wlano do każdej ze zlewek.

3. Zawartość każdej zlewki wymieszano dokładnie za pomocą bagietki.

4. Zapisano obserwacje, wyniki i wnioski.

Obserwacje:

Fosfor czerwony bardzo dobrze rozpuścił się w rozpuszczalniku, a grafit tylko w bardzo niewielkim stopniu. Natomiast chlorek sodu i sacharoza nie uległy rozpuszczeniu w ogóle.

Wyniki:

Część kryształów kowalencyjnych uległa rozpuszczeniu w rozpuszczalniku niepolarnym, natomiast kryształy jonowe i molekularne wcale.

Wnioski:

Kryształy o różnej budowie wykazują zróżnicowane zachowanie w rozpuszczalnikach niepolarnych. W rozpuszczalnikach niepolarnych rozpuszczają się fosfor czerwony i w nieznacznym stopniu grafit (kryształy kowalencyjne). Chlorek sodu (kryształy jonowe) oraz sacharoza (kryształy molekularne), jako związki polarne, nie uległy rozpuszczeniu w niepolarnym rozpuszczalniku.