Сосуд с несмешиваемой жидкостью
Приходилось ли вам слышать о том, что вода и масло не смешиваются? Сегодня мы сначала проверим, верно ли это утверждение, а потом поэкспериментируем с несколькими другими жидкостями
Приходилось ли вам слышать о том, что вода и масло не смешиваются? Сегодня мы сначала проверим, верно ли это утверждение, а потом поэкспериментируем с несколькими другими жидкостями. У жидкостей есть такие свойства, как смешиваемость с другими жидкостями, вязкость и плотность. Об этих качествах веществ мы сегодня и поговорим. И не только поговорим, но и посмотрим на то, как они проявляются… в самом обычном стакане.
Вода и масло
Вам потребуется: 60 миллилитров воды; 60 миллилитров растительного масла; небольшой прозрачный стакан; пищевые красители. Сначала влейте в стакан воду. Добавьте немного пищевого красителя и перемешайте. Затем медленно влейте масло в тот же стакан. Что вы видите? Какой слой оказался вверху?
Плотно закройте стакан пластиковой крышкой или своей рукой и встряхивайте стакан до тех пор, пока обе жидкости не смешаются. Снова поставьте стакан и посмотрите, что получится. Смешались ли вода и масло? Есть такое понятие, как «смешиваемость». Оно характеризует способность двух субстанций смешиваться. Пару субстанций из масла и воды называют не поддающейся смешению, поскольку они не смешиваются. Масляный слой окажется наверху, вода же будет нижним слоем. Причиной тому является разница в плотности этих двух жидкостей. Плотностью вещества называют отношение ее массы (веса) к ее объему. Плотность масла ниже плотности воды, поэтому масло окажется вверху.
Жидкий многослойный «светофор»
Вам потребуется: 60 миллилитров искусственного или натурального меда; 60 миллилитров жидкости для мытья посуды; 60 миллилитров воды; 60 миллилитров растительного масла; 60 миллилитров денатурата; высокая прозрачная банка; два стакана для смешивания; пищевой краситель. Возьмите банку. Влейте в нее мед, он должен заполнить одну шестую банки. Вливайте в центр горлышка, чтобы мед не размазался по стенке банки. После того как мед добавлен, влейте соответствующее количество жидкого средства для мытья посуды. Останется ли жидкость для мытья посуды сверху, а мед внизу? Будьте осторожны и последующие жидкости вливайте очень медленно, поскольку они менее вязкие, чем мед и средство для мытья посуды и смешиваются проще, чем ранее добавленные жидкости. А нам не нужно их смешивать. Итак, сначала влейте подкрашенную воду, затем растительное масло, а потом подкрашенный денатурат.
На листе бумаги составьте схему, отражающую порядок, в котором жидкости были влиты в банку. Осталась ли каждая жидкость отдельным слоем? Отметьте для себя те свойства, которые отличают жидкости в банке друг от друга. Первым таким свойством является цвет. Вторым отличительным качеством каждой из жидкостей является ее вязкость. Свойством, которое отвечает за положение слоя в банке, является плотность жидкости. Какова зависимость положения жидкости в банке от ее плотности?
Другим качеством является несмешиваемость. Именно она позволяет жидкости оставаться отдельным слоем. Как вы убедились в ходе первого эксперимента, растительное масло и вода не смешиваются. С другой стороны, вода и денатурат смешиваются и образуют единый слой. Вода и средство для мытья посуды тоже смешиваются. Перемешайте попарно жидкости в стакане и посмотрите, что произойдет, образуются ли слои. Какие жидкости смешаются друг с другом, а какие нет. Через несколько минут вновь посмотрите на эффект. Не образовали ли жидкости отдельные слои?
Радуга в стакане
Вам потребуется: четыре пищевых красителя разных цветов (например: красный, желтый, зеленый и синий); пять высоких прозрачных пластиковых стаканов; 180 грамм сахарного песка; столовая ложка (для измерения); 240 миллилитров воды. В первый стакан всыпьте 15 грамм (1 столовую ложку) сахара. Во второй стакан добавьте 2 столовые ложки сахара. Три ложки — в третий стакан и четыре — в четвертый. В каждый стакан добавьте по 45 миллилитров (3 столовые ложки) воды и перемешивайте до растворения сахара. Если сахар в каком-либо из стаканов не растворился, добавьте дополнительно 15 миллилитров (1 столовую ложку) воды в каждый из стаканов. Когда сахар полностью растворен, добавьте в каждый из стаканов по чуть-чуть пищевого красителя. Для каждого из стаканов используйте краситель другого цвета: красный — для первого, желтый — для второго, зеленый — для третьего и синий — для четвертого.
В пятом стакане вы можете создать радугу. Наполните его на четверть синим сахарным сиропом. Затем аккуратно добавьте в стакан зеленый сахарный сироп. Вливайте сироп осторожно, по ложке. Затем добавьте желтый сахарный сироп, а после — красный. Добавляйте так же осторожненько по ложечке, избегая смешивания слоев. Какими словами вы описали бы разноцветную субстанцию в стакане? Количество растворенного в жидкости сахара определяет ее плотность. Синий раствор является самым насыщенным сахаром и, как следствие, самым плотным. Остальные растворы менее плотны, чем синий, следовательно они будут располагаться поверх него. Самый плотный сироп будет располагаться внизу. При этом растворы, несмотря на разницу в плотности, поддаются смешению. Поэтому четких границ между жидкостями, которые мы могли наблюдать в первом эксперименте, не будет. Но если все делать достаточно осторожно, жидкости будут располагаться сравнительно отдельными слоями. Как вы думаете, что произойдет, если перемешать все жидкости в стакане между собой? В ходе научных экспериментов следует соблюдать предосторожность. Компоненты не являются пищевыми. Посуду после завершения серии экспериментов следует тщательно помыть.
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
,
чтобы видеть ЛУЧШИЕ материалы у себя в ленте!
Источник
Что нужно, чтобы сотворить какое-нибудь простенькое волшебство? Например, превратить невзрачную лягушку в прекрасную царевну? Совсем немного: знать волшебные слова и иметь волшебное зелье.
Вот приготовлением зелья мы с детьми сегодня и займемся!
Материалы и оборудование:
- прозрачные емкости (лучше всего подойдут стеклянные пробирки, рюмки, стаканы, на которых отсутствует узор);
- оборудование для переливания жидкостей (различные пипетки, шприцы, резиновые груши);
- красители (можно использовать обычную акварель или пищевые красители);
- растительное масло;
- сахар.
Опыт 1. Получение разноцветных жидкостей
Теория
Процесс проникновения молекул одной жидкости между молекулами другой называется диффузия. Именно благодаря диффузии возможно смешивание окрашенных в различные цвета жидкостей до однородного состояния. Восприятие цвета получившейся жидкости зависит от особенности зрения человека и от технических способов цветовоспроизведения (т.е. получаем ли мы цвета с помощью полиграфической печати, на экране монитора или смешивая краски). В любой из этих моделей есть несколько основных “чистых” цветов, комбинацией которых получаются все остальные. У художников за основные цвета приняты желтый, синий, красный, белый и черный. Все остальные цвета получаются при смешении основных цветов в различных составах и пропорциях. Зеленый – смешение желтого и синего, фиолетовый – красного и синего и т.п.
Ход эксперимента:
Возьмите емкость и налейте туда чистой воды. После этого добавьте в воду капельку краски. Понаблюдайте с ребенком, как постепенно краска распространяется по всей емкости и равномерно окрашивает воду. Сделайте таким образом несколько сосудов с жидкостями разных цветов (желтого, синего, красного, белого, черного и т.д.). Обратите внимание ребенка, что краска скорее заполнит весь сосуд, если воду в нем перемешивать.
Ингредиенты для волшебного зелья готовы. Теперь пришло время заняться самим приготовлением зелья. Для этого в новом сосуде будем смешивать разноцветные жидкости. Покажите ребенку несколько разных способов как можно в одну жидкость добавлять другую. Это можно делать простым переливанием, можно воспользоваться ложкой, пипеткой с резиновым наконечником, стеклянной пипеткой, резиновой грушей, шприцем и т.д.
Пусть ребенок поэкспериментирует, используя разные способы и смешивая разные цвета. Не забывайте после каждого опыта тщательно мыть сосуд для зелья, чтобы в смеси не добавлялись посторонние оттенки.
Попросите малыша придумать сказочное применение для каждого получившегося варианта. Может, если дать злой мачехе выпить серо-буро-малиновый напиток, то она превратиться в ежа? А если сбрызнуть полянку голубовато-сиреневой жидкостью, то она зацветет фиалками?
Опыт 2. Несмешиваемые жидкости.
Теория
Разные жидкости имеют разную плотность и, соответственно, разный удельный вес. Тяжелые жидкости (например, сахарный сироп) “тонут” в более легких (таких, как вода). А еще более легкие жидкости (растительное масло) будут всегда оставаться на поверхности. Кроме того, растительное масло нерастворимо в воде. Поэтому граница между ним и водой всегда будет резкой. Сахарный же сироп в воде растворим, поэтому граница этих двух жидкостей размыта.
Ход эксперимента.
А теперь мы попробуем сделать не смесь жидкостей, а слоистый коктейль из них.
Приготовьте в одном из сосудов сахарный сироп (в 50 г горячей воды растворите 6-7 чайных ложек сахарного песка). Добавьте в сироп краситель и перемешайте до однородного состояния. Налейте в новый сосуд на треть получившийся сироп, а потом осторожно, стараясь не взбалтывать, добавьте туда столько же подкрашенной воды, приготовленной в предыдущем опыте. Обратите внимание малыша, что жидкости полностью не перемешались. Внизу остался чистый цвет, который был у сиропа, вверху – чистый цвет, который был у воды. А вот на границе этих двух жидкостей получился плавный переход одного цвета в другой. Наше зелье стало выглядеть по-настоящему волшебно.
Возьмите теперь новую чистую емкость и налейте в нее сначала на 1/3 подкрашенной воды. А сверху осторожно долейте столько же растительного масла. Что произошло? Эти жидкости тоже не перемешались, но граница у них не размыта, а видна совершенно четко.
А чтобы получить вот такие красивые пузырьки надо в масло пипеткой капать капельки воды. Попробуйте перемешать перемешать масло и воду ложкой, что произойдет?
Поэкспериментируйте вместе с ребенком, что будет происходить с жидкостями, если менять порядок смешивания сиропа, воды и масла?
Вот какое волшебное зелье может получиться после смешивания “таинственных” ингредиентов. Осталось только найти, кого этим зельем будем заколдовывать 🙂
Еще опыты и эксперименты по химии для детей в моем блоге:
- Химические опыты для детей – большая подборка простых опытов и экспериментов для детей
- Цветные опыты по химии (получаем всевозможные разноцветные жидкости в результате химических реакций)
- Как сделать цветной огонь? (химические опыты с окрашиванием пламени)
- Опыты с огнем для детей (химический фитиль, фейерверк и фараонова змея)
- Опыты с молоком
- Опыты с огнем – зажигаем бумагу с помощью лупы и несгораемая купюра.
- Проявляющаяся валентинка
- Выращивание кристаллов: Снежинки мастер-класс
- ТОП-10 невидимых чернил
- Цветные опыты с капустой
Источник
Если обе жидкости нерастворимы одна в другой, то при их смешивании в любых пропорциях образуются два отдельных слоя. Такие жидкости называются несмешивающимися (например, ртуть/вода, дисульфид углерода/вода, хлоробензол/вода и фениламин/вода).
Экспериментально установлено, что полное давление пара в системе из двух несмешивающихся жидкостей равно сумме давлений пара двух чистых компонентов:
Перегонка с паром
Поскольку полное давление пара в системе из двух несмешивающихся жидкостей больше давления пара каждого из ее компонентов, температура, при которой кипит смесь, ниже температуры кипения каждого из ее компонентов. На этом основана перегонка с паром. При давлении 1 атм вода имеет температуру кипения 100 °С.
Рис. 6.23. Кривые давления пара для двух несмешивающихся жидкостей.
Рис. 6.24. Перегонка с паром нитробензола и воды.
Однако, если пропускать пар через жидкость, с которой вода не смешивается, давление пара повышается. Вследствие этого смесь кипит при пониженной температуре (рис. 6.23).
На рис. 6.24 показана схема установки, используемой для перегонки с паром. Требуемый продукт перегонки собирают в колбу и затем отделяют от воды с помощью делительной воронки.
Перегонку с паром используют в следующих целях:
1) для очистки таких жидкостей, как нитробензол или фениламин, которые имеют высокую температуру кипения. Перегонка при более низкой температуре устраняет
риск термического разложения жидкости. В настоящее время с этой целью вместо перегонки с паром предпочитают использовать вакуумную перегонку;
2) для экстрагирования растительных масел, например в парфюмерной промышленности.
Вычисление молярной массы с помощью перегонки с паром
Молярную массу жидкости, не смешивающейся с водой, можно вычислить на основании данных, полученных в результате ее перегонки с паром. Согласно закону Рауля, парциальное давление пара жидкости А, молярная масса которой подлежит определению, и мольная доля этой жидкости связаны соотношением
Аналогичное соотношение можно записать также для воды
Исключая из этих двух уравнений рпот, получаем
Поскольку
где – число молей жидкости А и воды соответственно, и
то подстановка этих выражений в уравнение (1) дает соотношение
Из разд. 4.1 известно, что где т – масса вещества в граммах, а М его молярная масса в граммах на моль. Подстановка этого выражения в уравнение (2) дает
Это уравнение позволяет вычислить молярную массу (МА) жидкости А.
Пример
Образец фениламина подвергался перегонке с паром при температуре и давлении 1 атм. Установлено, что собранный дистиллат содержит 25,5 г воды и 7,4 г фениламина. Вычислим молярную массу фениламина.
Решение
Для нахождения молярной массы воспользуемся уравнением (3). Оно позволяет записать
Поскольку смесь кипела при давлении 1 атм (760 мм сумма парциальных давлений обоих компонентов должна быть равна 1 атм:
Справочные данные показывают, что при Следовательно,
Подставляя это значение и экспериментальные данные в записанное выше уравнение, получаем
Отметим, что молярная масса вычисленная по его формуле, равна 93,13 г/моль.
Закон распределения
Если какое-либо вещество растворимо в двух несмешивающихся жидкостях, то при его растворении в смеси двух таких жидкостей оно само распределяется между ними. Отношение, в котором происходит это распределение, определяется законом распределения. Он утверждает, что растворимое вещество распределяется между двумя несмешивающимися жидкостями в постоянном отношении концентраций, не зависящем от количества добавляемого растворимого вещества.
Закон распределения основан на экспериментальных наблюдениях. Рассмотрим, например, распределение иода между двумя несмешивающимися растворителями – водой и тетрахлорометаном (рис. 6.25). Если встряхивать иод с этими двумя растворителями, часть его растворится в воде, а часть в тетрахлорометане . В конце концов в системе устанавливается динамическое равновесие. При этом скорость, с которой иод переходит из в воду, уравнивается со скоростью, с которой иод переходит из воды в
Независимо от того, какое количество иода используется в этом эксперименте, окончательное отношение концентраций оказывается постоянным. Полученная постоянная называется коэффициентом распределения К.
При значение постоянной К для рассматриваемого равновесия равно 85. Это означает, что концентрация иода в в 85 раз больше, чем в воде. Столь большое различие объясняется тем, что иод является неполярным растворяемым веществом. Поэтому он гораздо лучше растворим в неполярных растворителях, подобных , чем в полярных, подобных воде. Коэффициент распределения иода в бензоле и воде достигает 400.
Закон распределения выполняется лишь при определенных условиях, а именно: 1) при постоянной температуре; 2) при достаточном разбавлении обоих растворов; 3) при условии, что растворенное вещество не реагирует, не ассоциирует и не диссоциирует в обоих растворителях.
Например, коэффициент распределения для бензойной кислоты в бензоле и воде возрастает при повышении концентраций в обоих слоях. Это обусловлено образованием димеров бензойной кислоты в слое бензола. Образование димеров происходит вследствие возникновения водородных связей между двумя молекулами бензойной кислоты (рис. 6.26, а также материал гл. 2 и 3).
Рис. 6.25. Распределение иода между двумя несмешивающимися жидкостями.
Рис. 6.26. Ассоциация бензойной кислоты.
Рис. 6.27. Делительная воронка.
Применение закона распределения
Закон распределения имеет ряд важных применений. Наиболее важные из них – жидкофазная хроматография и экстракция растворителем. Подробное обсуждение хроматографии проводится в разд. 6.3, поэтому здесь мы обсудим только экстракцию растворителем.
Экстракция растворителем
Две несмешивающиеся жидкости иногда используются как селективные растворители для компонентов какой-либо смеси. Такую смесь сначала встряхивают с двумя несмешивающимися жидкостями, а затем отделяют одну жидкость от другой. Каждый слой по нескольку раз подвергают экстракции с другим растворителем.
Такой способ используется для выделения солей урана из продуктов ядерного деления. Например, уранильную соль можно отделить от с помощью бутанола и воды. С этой целью может использоваться методика противоточной экстракции. Уранильная соль лучше растворима в бутаноле, лучше растворим в воде. Один из растворителей пропускают над твердой смесью, находящейся в колонке или башне. Затем над смесью в противоположном направлении пропускают другой растворитель. Этот процесс повторяют несколько раз.
По-видимому, наиболее известным примером применения экстракции растворителем
рителем в лабораторной практике является экстракция эфиром. Она используется для извлечения продуктов органического синтеза из их водного раствора. Водный раствор встряхивают с диэтиловым эфиром в делительной воронке и после отстаивания слои разделяют (рис. 6.27). Это позволяет удалить из продукта неорганические примеси, растворимые в воде. Раствор может быть подвергнут многократному разделению. В конце концов эфир выпаривают, получая чистый органический продукт.
Эта методика удобна в тех случаях, когда продукт представляет собой летучее или термически неустойчивое вещество. В таких случаях выпаривание растворителя должно производиться при низкой температуре. Диэтиловый эфир имеет температуру кипения 34,5°С и поэтому является очень подходящим растворителем для такой цели, однако его можно применять только при условии, что в лаборатории нет открытого пламени! Повторные экстракции с использованием небольших порций растворителя более эффективны, чем однократное использование большого объема растворителя.
Источник