اندازه گیری حلالیت
در این پروژه حلالیت سه ماده شیمیایی آشنا (نمک خوراکی، نمک اپسوم و شکر) را اندازه گیری کرده و با هم مقایسه می کنیم. علاوه بر این تاثیر دما را در حلالیت بررسی خواهیم کرد.
نویسنده : شایان فروزنده دل
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : چهارشنبه 1396/10/20 ساعت 09:18
عنوان پروژه: اندازه گیری حلالیت محلولهای اشباع
زمینه: شیمی
مقطع تحصیلی: راهنمایی، دبیرستان
تعداد جلسات:1
خلاصه پروژه: در این پروژه حلالیت سه ماده شیمیایی آشنا (نمک خوراکی، نمک اپسوم و شکر) را اندازه گیری کرده و با هم مقایسه می کنیم. علاوه براین تاثیر دما را در حلالیت بررسی خواهیم کرد.
توضیح علمی:
بیشتر موادی که ما بطور روزانه با آن ها سرو کار داریم مثل شیر، بنزین، شامپو، چوب، استیل، هوا و... مخلوط هستند. وقتی مخلوط همگن باشد تمام اجزایش بطور یکدست باهم ممزوج شده اند. به این مخلوط ها محلول میگویند. محلول ها انواع مختلفی دارند که همه آن ها را می توان به سه دسته جامد ، مایع، گاز تقسیم کرد.
بسیاری از واکنش های شیمیایی ضروری و پروسه های طبیعی در محلول های مایع اتفاق می افتند. بیشتر این محلول ها محلول های آبی هستند، چون بسیاری از مواد شیمیایی قابل حل در آب هستند. درواقع گاهی از آب بعنوان " حلال جهانی " یاد می شود. بارهای الکتریکی موجود در ملکول های دلیل حل شدن بسیاری از مواد در آب است. زمانی که نیروی جاذبه بین حل شونده و حلال بیشتر از نیروی جاذبه بین ذره های حل شونده باشد، محلول بوجود می آید.
یک محلول اشباع مخلوطی است که عملا ماده حل شونده بیشتری در یک دمای مشخص در آن حل نمی شود. بکار بردن کلمه " عملا " در جمله بالا به این دلیل است که در تئوری مقدار حل شونده ای که می توان به حلال اضافه کرد نامحدود است، اما بعد از اضافه کردن یک مقدار محدود و مشخص، ذرات حل شونده با یک سرعت ثابت شروع به شکل گیری مجدد و بیرون آمدن از محلول می کنند. بنابراین بطور کلی بنظر می رسد که بعد از حل شدن مقدار مشخصی از حل شونده، حل شونده دیگری در حلال حل نمی شود. در این مرحله به محلول ، محلول اشباع میگویند.
در محلول غیر اشباع، ذرات حل شونده بطور مداوم در حلال حل می شوند بدون آنکه ذراتی که قبلا حل شده بودند مجددا شکل بگیرند و از محلول بیرون بیایند.
حلالیت به فاکتورهای مختلفی مثل ksp نمک، قدرت پیوندهای بین آنیون و کاتیون، کووالانسی بودن پیوند، میزان پیوندهای هیدروژنی بین ملکولی و درون ملکولی، قطبیت ، گشتاور دو قطبی و... بستگی دارد. اگر آب حلال باشد، فاکتورهای پیوند هیدروژنی، کووالانسی، قدرت پیوند یونی و قطبیت نقش بسیار مهمی نقش بسیار مهمی خواهند داشت. بجز موارد گفته شده شرایط فیزیکی مثل دما و فشار نیز بدلیل اینکه بر انرژی جنبشی ملکول ها تاثیر می گذارند، نقش بسیار مهمی دارند.
مواد و وسایل مورد نیاز:
آب مقطر
پیمانه اندازه گیری مایعات ( یا استوانه مدرج)
3 ظرف شیشه ای تمیز یا بشر
نمک خوراکی بدون ید (NaCl)
نمک اپسوم (MgSO)
شکر ( ساکارز: C12H22O11 )
قاشق های پلاستیکی یکبار مصرف
ترمومتر
3 بشقاب کم عمق
آون
ترازوی آشپزخانه الکتریکی ( با دقت 0.1 gr )
مراحل انجام آزمایش:
1. 100 ml آب مقطر داخل بشر بریزید.
2. با ترازوی آشپزخانه مقادیر زیر را اندازه بگیرید:
a. 50 gr نمک خوراکی
b. 50 gr نمک اپسوم
c. 250 gr شکر
3. مقدار کمی از ماده حل شونده را داخل آب بریزید و با قاشق پلاستیکی هم بزنید تا حل شود.
4. مرحله قبل را با اضافه کردن مقادیر اندک تا زمانی که حل شونده دیگر حل نشود تکرار کنید. ( محلول اشباع )
5. مقدار ماده حل شونده باقی مانده را وزن کنید تا مقدار ماده حل شده مشخص شود.
6. دوباره مقداری از حل شونده در همان دما به محلول اضافه کنید و نتیجه را مشاهده کنید.
7. حالا محلول را گرم کنید و دوباره مقداری ماده حل شونده به آن اضافه کنید.
درحین آزمایش نکات زیر را رعایت کنید:
1. هنگام اضافه کردن حل شونده، محلول را به آهستگی هم بزنید تا از تشکیل گویچه های جامد جلوگیری شود.
2. هم زدن نباید با شدت باشد چون ممکن است با بالا رفتن انرژی جنبشی ملکول ها، حلالیت افزایش یابد.
3. هنگام هم زدن از برخورد قاشق با دیواره ظرف جلوگیری کنید. چون با هر ضربه ممکن است ذرات حل شونده بهم بپیوندند و ذرات جامد اولیه بوجود آیند. در نتیجه حلالیت کاهش می یابد.
4. دما هنگام انجام آزمایش برای هر سه ماده باید یکسان باشد.
5. قبل از آزمایش نمک اپسوم، اول آنرا خشک کنید تا آب آن خارج شود.
مشاهدات:
اضافه کردن مقادیر بیشتر NaCl و نمک اپسوم در محلول اشباع آن ها در دمای یکسان، تغییر زیادی در انحلال پذیری آن ها ایجاد نکرد. اما در هیچ دمایی نقطه اشباع شکر قابل اندازه گیری دقیق نیست، چون بدلیل اندازه بزرگ ملکول ها، محلول غلیظ شده و شکست نور درآن اتفاق می افتد. با نادیده گرفتن این خطاها ، بطور کلی آزمایش با تئوری هم خوانی داشت. اضافه کردن مقادیر بیشتر حل شونده در محلول های گرم شده، حلالیت را در هر سه مورد افزایش داد. بیشترین افزایش به ترتیب مربوط به نمک خوراکی، نمک اپسوم و شکر بود. این مشاهدات نیز با تئوری سازگاری دارد، چون در دمای بالاتر انرژی جنبشی ملکول ها بالا رفته و برخوردها موثرتر می شوند.
نتیجه گیری:
حلالیت نمک NaCl بیشتر از بقیه است. چون ترکیب یونی است و براحتی در آب حل می شود. علاوه بر این چون اندازه آنیون ها و کاتیون های آن کوچک است، تعداد برخوردها بیشتر بوده و در نتیجه گسستگی یون های آن ازهم راحت تر صورت می گیرد. حلالیت MgSO4نیز بدلیل اینکه ترکیب یونی است بالاست، اما با توجه به اندازه بزرگ تر آنیون آن، برخوردها زیاد موثر نخواهند بود. حلالیت شکر از همه کمتر است، چون ملکول های آن بسیار بزرگ بوده و در نتیجه پیوندهای هیدروژنی آن با آب زیاد موثر نخواهد بود. هم چنین بدلیل وجود تعداد زیاد اتم های کربن و اکسیژن در ترکیب ملکول، پیوند هیدروژنی بین ملکولی بر پیوند هیدروِژنی درون ملکولی غلبه خواهد داشت.
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
- تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
- تنظیم: زینب شاه مرادی
زمینه: شیمی
مقطع تحصیلی: راهنمایی، دبیرستان
تعداد جلسات:1
خلاصه پروژه: در این پروژه حلالیت سه ماده شیمیایی آشنا (نمک خوراکی، نمک اپسوم و شکر) را اندازه گیری کرده و با هم مقایسه می کنیم. علاوه براین تاثیر دما را در حلالیت بررسی خواهیم کرد.
توضیح علمی:
بیشتر موادی که ما بطور روزانه با آن ها سرو کار داریم مثل شیر، بنزین، شامپو، چوب، استیل، هوا و... مخلوط هستند. وقتی مخلوط همگن باشد تمام اجزایش بطور یکدست باهم ممزوج شده اند. به این مخلوط ها محلول میگویند. محلول ها انواع مختلفی دارند که همه آن ها را می توان به سه دسته جامد ، مایع، گاز تقسیم کرد.
بسیاری از واکنش های شیمیایی ضروری و پروسه های طبیعی در محلول های مایع اتفاق می افتند. بیشتر این محلول ها محلول های آبی هستند، چون بسیاری از مواد شیمیایی قابل حل در آب هستند. درواقع گاهی از آب بعنوان " حلال جهانی " یاد می شود. بارهای الکتریکی موجود در ملکول های دلیل حل شدن بسیاری از مواد در آب است. زمانی که نیروی جاذبه بین حل شونده و حلال بیشتر از نیروی جاذبه بین ذره های حل شونده باشد، محلول بوجود می آید.
یک محلول اشباع مخلوطی است که عملا ماده حل شونده بیشتری در یک دمای مشخص در آن حل نمی شود. بکار بردن کلمه " عملا " در جمله بالا به این دلیل است که در تئوری مقدار حل شونده ای که می توان به حلال اضافه کرد نامحدود است، اما بعد از اضافه کردن یک مقدار محدود و مشخص، ذرات حل شونده با یک سرعت ثابت شروع به شکل گیری مجدد و بیرون آمدن از محلول می کنند. بنابراین بطور کلی بنظر می رسد که بعد از حل شدن مقدار مشخصی از حل شونده، حل شونده دیگری در حلال حل نمی شود. در این مرحله به محلول ، محلول اشباع میگویند.
در محلول غیر اشباع، ذرات حل شونده بطور مداوم در حلال حل می شوند بدون آنکه ذراتی که قبلا حل شده بودند مجددا شکل بگیرند و از محلول بیرون بیایند.
حلالیت به فاکتورهای مختلفی مثل ksp نمک، قدرت پیوندهای بین آنیون و کاتیون، کووالانسی بودن پیوند، میزان پیوندهای هیدروژنی بین ملکولی و درون ملکولی، قطبیت ، گشتاور دو قطبی و... بستگی دارد. اگر آب حلال باشد، فاکتورهای پیوند هیدروژنی، کووالانسی، قدرت پیوند یونی و قطبیت نقش بسیار مهمی نقش بسیار مهمی خواهند داشت. بجز موارد گفته شده شرایط فیزیکی مثل دما و فشار نیز بدلیل اینکه بر انرژی جنبشی ملکول ها تاثیر می گذارند، نقش بسیار مهمی دارند.
مواد و وسایل مورد نیاز:
آب مقطر
پیمانه اندازه گیری مایعات ( یا استوانه مدرج)
3 ظرف شیشه ای تمیز یا بشر
نمک خوراکی بدون ید (NaCl)
نمک اپسوم (MgSO)
شکر ( ساکارز: C12H22O11 )
قاشق های پلاستیکی یکبار مصرف
ترمومتر
3 بشقاب کم عمق
آون
ترازوی آشپزخانه الکتریکی ( با دقت 0.1 gr )
مراحل انجام آزمایش:
1. 100 ml آب مقطر داخل بشر بریزید.
2. با ترازوی آشپزخانه مقادیر زیر را اندازه بگیرید:
a. 50 gr نمک خوراکی
b. 50 gr نمک اپسوم
c. 250 gr شکر
3. مقدار کمی از ماده حل شونده را داخل آب بریزید و با قاشق پلاستیکی هم بزنید تا حل شود.
4. مرحله قبل را با اضافه کردن مقادیر اندک تا زمانی که حل شونده دیگر حل نشود تکرار کنید. ( محلول اشباع )
5. مقدار ماده حل شونده باقی مانده را وزن کنید تا مقدار ماده حل شده مشخص شود.
6. دوباره مقداری از حل شونده در همان دما به محلول اضافه کنید و نتیجه را مشاهده کنید.
7. حالا محلول را گرم کنید و دوباره مقداری ماده حل شونده به آن اضافه کنید.
درحین آزمایش نکات زیر را رعایت کنید:
1. هنگام اضافه کردن حل شونده، محلول را به آهستگی هم بزنید تا از تشکیل گویچه های جامد جلوگیری شود.
2. هم زدن نباید با شدت باشد چون ممکن است با بالا رفتن انرژی جنبشی ملکول ها، حلالیت افزایش یابد.
3. هنگام هم زدن از برخورد قاشق با دیواره ظرف جلوگیری کنید. چون با هر ضربه ممکن است ذرات حل شونده بهم بپیوندند و ذرات جامد اولیه بوجود آیند. در نتیجه حلالیت کاهش می یابد.
4. دما هنگام انجام آزمایش برای هر سه ماده باید یکسان باشد.
5. قبل از آزمایش نمک اپسوم، اول آنرا خشک کنید تا آب آن خارج شود.
مشاهدات:
| مقدار ماده حل شونده لازم برای ساختن محلول اشباع (mol) | مقدار ماده حل شونده لازم برای ساختن محلول اشباع (gr) | حل شونده |
| 0.7 | 36.8 | NaCl |
| 0.255 | 32.7 | MgSO4 |
| 0.15 | 51.3 | C12H22O11 |
اضافه کردن مقادیر بیشتر NaCl و نمک اپسوم در محلول اشباع آن ها در دمای یکسان، تغییر زیادی در انحلال پذیری آن ها ایجاد نکرد. اما در هیچ دمایی نقطه اشباع شکر قابل اندازه گیری دقیق نیست، چون بدلیل اندازه بزرگ ملکول ها، محلول غلیظ شده و شکست نور درآن اتفاق می افتد. با نادیده گرفتن این خطاها ، بطور کلی آزمایش با تئوری هم خوانی داشت. اضافه کردن مقادیر بیشتر حل شونده در محلول های گرم شده، حلالیت را در هر سه مورد افزایش داد. بیشترین افزایش به ترتیب مربوط به نمک خوراکی، نمک اپسوم و شکر بود. این مشاهدات نیز با تئوری سازگاری دارد، چون در دمای بالاتر انرژی جنبشی ملکول ها بالا رفته و برخوردها موثرتر می شوند.
نتیجه گیری:
حلالیت نمک NaCl بیشتر از بقیه است. چون ترکیب یونی است و براحتی در آب حل می شود. علاوه بر این چون اندازه آنیون ها و کاتیون های آن کوچک است، تعداد برخوردها بیشتر بوده و در نتیجه گسستگی یون های آن ازهم راحت تر صورت می گیرد. حلالیت MgSO4نیز بدلیل اینکه ترکیب یونی است بالاست، اما با توجه به اندازه بزرگ تر آنیون آن، برخوردها زیاد موثر نخواهند بود. حلالیت شکر از همه کمتر است، چون ملکول های آن بسیار بزرگ بوده و در نتیجه پیوندهای هیدروژنی آن با آب زیاد موثر نخواهد بود. هم چنین بدلیل وجود تعداد زیاد اتم های کربن و اکسیژن در ترکیب ملکول، پیوند هیدروژنی بین ملکولی بر پیوند هیدروِژنی درون ملکولی غلبه خواهد داشت.
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
- تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
- تنظیم: زینب شاه مرادی
