Ověření vlivu vody jako rozpouštědla na rozpustnost látek

1         Ověření vlivu vody jako rozpouštědla na rozpustnost látek

Čas: 1 hodina

1.2       Pomůcky a chemikálie

Petriho misky (popř. zkumavky), odměrná zkumavka nebo válec, pinzeta, tyčinka, zátky, mouka, mletá paprika, strouhaná křída, olej, benzín, síra, ocet, jod, voda, ethanol, toluen, aceton, petrolej, kyselina octová, hexan (propan), benzín, chloroform, vodný roztok KI.

1.3       Princip

Vlastnosti látek závisejí na druhu chemické vazby mezi částicemi, ze kterých se látky skládají. Na základě znalosti chemické vazby můžeme předvídat jejich rozpustnost ve vodě nebo v jiných rozpouštědlech.

Nepolární látky (nekovy, uhlovodíky) se obvykle dobře rozpouštějí v nepolárních rozpouštědlech (benzen, toluen, sirouhlík aj.).

Polární a iontové látky (kyseliny, hydroxidy, soli aj.) se obvykle dobře rozpouštějí v polárních rozpouštědlech (voda, amoniak aj.). Iontové sloučeniny - např. sůl nebo manganistan jsou také velmi dobře rozpustné ve vodě, naopak v benzínu se téměř nerozpouštějí.

Voda je polární rozpouštědlo a jod je nepolární sloučenina. Jod je tedy ve vodě a jiných polárních rozpouštědlech velmi špatně rozpustný. Výbornou rozpustnost má v nepolárních a v organických rozpouštědlech, např. rozpustnost jodu v ethanolu je mnohonásobně vyšší než ve vodě.

Barva rozpuštěného jodu je většinou hnědá, ale s některými rozpouštědly (CS₂, CCl₄,…) vzniká fialový roztok

1.4       Postup

Úkol 1: Porovnej rozpustnost vybraných vzorků ve vodě

a)      Připravte si 5 zkumavek a do každé nalijte asi 10 ml vody (zhruba do ¼).

b)      Postupně do jednotlivých zkumavek přidejte vybraný vzorek (pepř, strouhaná křída, olej, benzín, síra, ocet, …).

c)      Zazátkujte a důkladně protřepte.

d)     Výsledky pozorování zapište do tabulky 1.

Úkol 2: Porovnej rozpustnost jodu ve vodě a v jiných rozpouštědlech

a)      Na Petriho misky nalijte postupně cca 2 – 3 ml vzorků jednotlivých rozpouštědel.

b)      Zaznamenejte si jejich barvu.

c)      Ke každému rozpouštědlu přidejte pinzetou pár šupinek jodu.

d)     Opatrně tyčinkou promíchejte.

e)      Pozorujte rozpouštění a barvu vzniklých roztoků.

f)       Zaznamenejte do tabulky 2.

Úkol 3: Vytřepávání jodu z vodného roztoku

a)      Část vodného roztoku jodu (asi 2 ml) odlijte do 4 zkumavek.

b)      Přilijte opatrně stejný objem druhého rozpouštědla (ethanol, aceton, benzín,…). Do každé zkumavky jiné rozpouštědlo. Zazátkujte.

c)      Pozorujte a udělejte si barevný nákres

d)     Směs důkladně protřepejte.

e)      Výsledky pozorování zaznamenejte do tabulky 3.

1.5       Otázky a úkoly pro žáky

Tipněte si, jak se budou jednotlivé látky v úkolu 1 ve vodě rozpouštět a porovnejte svůj typ s realitou.

Co ovlivnilo rozpustnost jodu v konkrétních rozpouštědlech a proč je ve vodě nerozpustný?

Tabulka 1

Tabulka 2

Tabulka 3

1)      Který roztok jodu se používá v lékařství a jaké má účinky?

2)      Co tvoří spodní vrstvu v úkolu 3 a proč? Která vrstva obsahuje jod?
(spodní vrstva je vždy tvořena látkou s větší hustotou)

3)      Rozpouštějí se látky ve vodě za různých podmínek stejně rychle?
(Ne. Rychlost rozpouštění látek je ovlivňována různými faktory např. teplotou.)

Na jakém principu je založena metoda „vytřepávání neboli extrakce jako metoda oddělování složek směsi od sebe?

1.6       Metodické poznámky

Úkol 1:

Před prováděním pokusů mohou žáci tipovat, jak to bude vypadat s rozpustností u jednotlivých vzorků a na konci si ověřit správnost úvahy.

Další vhodné látky: aceton, KMnO₄, hexan, petrolej, toluen, naftalen, pepř, mletá paprika, puding, mouka, víno, džus, cukr krystal a cukr moučka (porovnat vliv velikosti částic)  ….

Úkol 2:

Lze použít i jiná rozpouštědla: chloroform, vodný roztok KI …

Stejně tak se nemusí použít najednou všechna uvedená rozpouštědla

Úkol 3:

Po promíchání horní bezbarvá vrstva např. benzínu nebo cyklohexanu zfialoví, zatímco původní spodní vrstva (žlutohnědě zbarvený roztok jodu ve vodě) se odbarvil, neboť jod se extrahoval v benzínu, popř. v cyklohexanu. Dokázali jsme, že jod jako látka nepolární se lépe rozpouští v nepolárním rozpouštědle (cyklohexan) než v polárním (voda).  Tato vlastnost látek se využívá při dělení nebo čištění směsí.

Vytřepávání je jedna z možných variant extrakce jako metody oddělování složek ze směsi látek. Extrakce je založena na rozdílné rozpustnosti extrahované látky ve dvou vzájemně nemísitelných rozpouštědlech, u kterých po nějaké době dojde k rozdělení obou vrstev na základě rozdílné hustoty rozpouštědel. Extrakci je možné opakovat použitím nové dávky extrahovala, a pokud potřebujeme složky od sebe oddělit, použijeme nejlépe dělící nálevku, která díky zúžené spodní části umožňuje přesné oddělení obou vrstev.

Další vhodná rozpouštědla pro extrakci jodu jsou: organická rozpouštědla např. benzen, toluen, CHCI₃, CCl_4...

Pro možné modifikace úlohy na rozpustnost lze prohlédnout velmi efektní pokus na odkaze Chemical Cocktail 1(pokus s jódem a modrou skalicí, rozpouštědla: chloroform, voda, ethyl-acetát)