Как сделать следующее вещество
Для получения чистых веществ используют различные способы разделения смесей.
| Способы разделения смесей | |
|---|---|
| неоднородных (гетерогенных) | однородных (гомогенных) |
| — Отстаивание — Фильтрование — Действие магнитом — Центрифугирование | — Выпаривание. Кристаллизация. — Дистилляция (перегонка) |
Процессы разделения смесей основаны на различных физических свойствах компонентов, образующих смесь.
Отстаивание
Отстаивание — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты, путём её расслоения с течением времени под действием силы тяжести.
Отстаиванием можно разделить смесь нерастворимых в воде веществ, имеющих разную плотность.
Пример. Смесь из железных и древесных опилок можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Железные опилки опустятся на дно сосуда, а древесные будут плавать на поверхности воды (2), и их вместе с водой можно будет слить в другой сосуд (3):
На этом же принципе основано разделение смесей малорастворимых друг в друге жидкостей.
Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки:
Отстаиванием также можно разделить вещества, которые осаждаются в воде с различной скоростью.
Пример. Смесь из глины и песка можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Песок оседает на дно значительно быстрее глины (2):
Этот способ используется для отделения песка от глины в керамическом производстве (производство глиняной посуды, красных кирпичей и др.).
Центрифугирование
Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения.
Пример. Если компоненты неоднородной жидкой смеси очень малы, такие смеси разделяют центрифугированием. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах.
Перед центрифугированием частицы смеси распределены по объёму пробирки равномерно. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.
С помощью центрифугирования, к примеру, отделяют сливки от молока.
Фильтрование
Фильтрование — это разделение жидкой неоднородной смеси на компоненты, путём пропускания смеси через пористую поверхность. В роли пористой поверхности может выступать бумажная воронка, марля, сложенная в несколько слоёв, или любой другой пористый материал, способный задержать один или несколько компонентов смеси.
Фильтрованием можно разделить неоднородную смесь, состоящую из растворимых и нерастворимых в воде веществ.
Пример. Чтобы разделить смесь, состоящую из поваренной соли и песка, её можно высыпать в сосуд с водой, взболтать и затем эту смесь пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остаётся на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр:
При необходимости, растворённую поваренную соль из воды можно выделить выпариванием.
Действие магнитом
С помощью магнита из неоднородной смеси выделяют вещества, способные к намагничиванию.
Пример. C помощью магнита можно разделить смесь, состоящую из порошков железа и серы:
Выпаривание. Кристаллизация
Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.
Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:
Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.
Дистилляция (перегонка)
Дистилляция (перегонка) — это способ разделения жидких однородных смесей путём испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией её паров. Данный способ основан на различии в температурах кипения компонентов смеси.
Пример. При нагревании жидкой однородной смеси сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Образующиеся пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде. Когда этого вещества уже не останется в смеси, температура начнёт повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент:
Чтобы обнаружить органические вещества в растениях, проделайте следующие опыты.
1 . Возьмите зёрна пшеницы, разотрите их в ступке в муку, добавьте несколько капель воды и приготовьте кусочек теста.
2 . Заверните тесто в марлю, опустите мешочек в стакан с водой и промойте его. Образуется мутная взвесь.
3 . Перелейте часть мутной жидкости из ста кана в пробирку и капните в неё 2 — 3 капли раствора йода. Жидкость приобретёт синий цвет.
4 . Возьмите на кончике пинцета крахмал и размешайте в пробирке с водой. Капните в эту пробирку 2 — 3 капли раствора йода. Вода с крахмалом тоже станет синей. Значит, в зёрнах пшеницы содержится крахмал, который окрашивается йодом в синий цвет.
5 . Капните каплю раствора йода на разрезанный клубень картофеля. Вы убедитесь, что в клубне картофеля тоже есть крахмал (рис. 14 ).
6 . Рассмотрите остаток теста на марле. Вы увидите клейкую массу, её называют клейковиной или растительным белком.
7 . Возьмите несколько семян подсолнечника, снимите с них кожуру и раздавите на листе бумаги, вы увидите жирные пятна. Это подтверждает наличие значительного количества жира в семенах подсолнечника.
8 . Сделайте общий вывод о том, каков химический состав растений. Сформулируйте его и запишите в тетрадь.
Рис. 14 . Крахмальные зёрна в клетках клубня картофеля
Решение
1 . Берем зерна пшеницы, растираем их в ступке в муку, добавляем несколько капель воды и готовим кусочек теста.
2 . Заворачиваем тесто в марлю, опускаем мешочек в стакан с водой и промываем его. Образуется мутная взвесь.
Крахмал из теста перешел в воду, вода при этом помутнела.
3 . Переливаем часть мутной жидкости из стакана в пробирку и капаем в нее 2 – 3 капли раствора йода. Жидкость приобретет синий цвет.
Это происходит реакция крахмала с йодом.
4 . Берем на кончике пинцета крахмал и размешиваем в пробирке с водой. Капаем в эту пробирку 2 – 3 капли раствора йода. Вода с крахмалом тоже станет синей. Значит, в зернах пшеницы содержится крахмал, который окрашивается йодом в синий цвет.
При этом крахмал не растворяется в воде, а со временем оседает на дно, образуя взвесь.
5 . Капаем каплю раствора йода на разрезанный клубень картофеля. Убедимся, что в клубне картофеля тоже есть крахмал.
Место, куда попала капля йода, изменило свой цвет, стало сине−фиолетовым. Это значит, что в картофеле содержится большое количество крахмала, который и вступил в реакцию с йодом.
6 . Рассматриваем остаток теста на марле. Мы видим клейкую массу, ее называют клейковиной или растительным белком.
По составу эта клейкая масса схожа по составу с белком куриного яйца и называется растительным белком. Это позволяет сделать вывод, что важнейшим компонентом семян растений, в нашем случае пшеницы, является белок.
7 . Берем несколько семян подсолнечника, снимаем с них кожуру и раздавливаем на листе бумаги. Мы видим жирные пятна. Это подтверждает, что в семенах подсолнечника содержится значительное количество жиров.
8 . Вывод:
В результате проведенных опытов мы можем сделать вывод, что в состав растений входят как органические, так и неорганические вещества. Из органических веществ это белки, углеводы, жиры и т.д. Из неорганических – вода и минеральные вещества.
— Юрий Цолакович, расскажите, пожалуйста, немного о том, как проходит синтез химических элементов в лабораторных условиях.
Давайте вернемся к синтезу. Вещество, из которого состоит Земля, возникло в результате Большого взрыва. А элементы, которые мы видим на Земле, появились во время становления и формирования нашей планеты. Этот процесс мы можем видеть и сейчас: если масса звезды больше массы Солнца, она эволюционирует определенным образом, и в конце концов мы наблюдаем так называемую вспышку сверхновой. Происходит синтез химических элементов, и все заканчивается возникновением нейтронной звезды. Вспышка длится несколько секунд. В нашей галактике такое происходит примерно один раз в тысячу лет, в других — чаще. Эти вспышки — это и есть космические лучи, выбросы вещества во Вселенную, которые регистрируются нашими детекторами. Так возникают элементы в природе.
— От водорода до урана, насколько я помню?
Сейчас мы, имея возможность сливать ядра, можем идти дальше и дальше, синтезируя все новые элементы.
— У Периодической таблицы есть границы? Есть предел элементов, которые можно синтезировать?
— Конечно. Все в мире имеет начало и имеет конец. А где границы таблицы и чем они определяются… Собственно, этот вопрос и был основным мотивом для меня заниматься этим делом. Мотив был подогрет еще тем, что само ядерное вещество, о котором я говорил, не аморфно, оно имеет внутреннюю структуру. Если она проявляется, можно продлить время существования ядра, до сверхтяжелых элементов.
— Продлить насколько?
— Знаете, есть такое научное предсказание: если уйти достаточно далеко от урана, то будет зона — остров — со сверхтяжелыми элементами, достаточно долгоживущими. В середине этого острова будут элементы, которые будут жить миллионы и даже миллиарды лет. А это уже интересно, потому что возраст Земли исчисляется миллиардами лет. Не значит ли это, что такие элементы надо искать в недрах Земли? Но искали везде, и в космосе, и в Земле… Не нашли. Ну, это ни о чем не говорит: может, они были, но распались, потому что время их жизни немного меньше. Но вот что касается острова стабильности — он был предметом интенсивных исследований с момента появления этой теории, с 1969 года.
— Вы правы, новые ядра штучны. Мы были счастливы, когда получали один атом в день, в неделю… Новая установка, конечно, увеличит это количество, возможно, в сотни раз, но этого все равно будет недостаточно для накопления видимого количества вещества.
Химия, изложенная скучным научным языком, вряд ли заинтересует школьника. А вот если подключить наглядные пособия, обучение пойдет веселее. Еще интереснее изготовить макет своими руками. В статье расскажем, как с помощью пластилина можно сделать модель молекулы. Для познавательного урока подойдет структура любой молекулы: железа, спирта, углекислого газа. Подробнее остановимся на нескольких вариантах. Модели остальных веществ будут выполняться по тем же правилам: атомы лепим из пластилина, а для структурных связей используем зубочистки или спички.
Что необходимо?
Прежде чем приступать к уроку лепки, а заодно и химии, необходимо подготовить следующие материалы:
- пластилин нескольких оттенков;
- зубочистки или спички;
- доску или клеенку для работы с пластилином;
- формулы молекул, взятые из интернета или учебника химии.
Когда все будет готово, можно приступать к изготовлению молекулярной модели любого вещества.
Как слепить разные модели?
Лучше сразу лепить по схеме модель молекулы конкретного вещества, чем начинать объяснения о микрообъектах абстрактных изделий. Сначала расскажем о структурных связях элементов на примере разных веществ: метана, этана, этилена, метилена.
Для наглядности будем видоизменять каждую изготовленную молекулу, выстраивая из нее схему следующей познавательной модели. Это несложно сделать, так как во всех схемах участвует связь углерода и водорода.
Метан
Сначала возьмем за основу простую молекулу природного газа метана, она имеет формулу СН4. Чтобы изготовить соответствующую модель, скатайте из пластилина синего цвета четыре небольших шарика: они будут представлять водород. Затем подготовьте красный шарик, размером в несколько раз крупнее синих, – углерод. Структурные связи выполняйте спичками, присоединив к углероду 4 водорода. Получилась простейшая модель молекулы метана.
Органическое соединение этана С2Н6 в схематическом варианте выглядит сложнее метана, но конструктивно модель выполняется из тех же пластилиновых деталей и спичек, поэтому изготовить ее не составит труда.
Из скульптурной фигурки метана уберите одну спичку с синим элементом. В результате остается углерод с двумя водородными связями. Для образования этана нам понадобится два таких комплекта. Связав их между собой дополнительной спичкой, мы получим соединение этана.
Этилен
Чтобы составить модель этилена, делаем структуру с двойной связью. Для этого из конструкции этана убираем от каждого красного шара по одной спичке с синими элементами и добавляем еще одну соединительную спичку между углеродными шариками. Вот что у нас получилось.
Метилен
Теперь на примере метилена (СН2) поучимся делать цепочку связей. Для этого скатайте 3 шарика одинаковых размеров: один красный (углерод) и 2 синих (водород).
Составляем молекулу метилена с двойной связью, собирая цепочку по следующей схеме: водород-углерод-водород, то есть синий шар соединяем двумя спичками с красным и снова двумя спичками с синим шаром. Все элементы выстраиваем в одну линию.
С познавательной целью предлагаем собрать еще ряд молекул разных химических веществ.
Пропан
Этот газ относится к соединениям, содержащим 3 атома углерода и 8 атомов водорода (С3Р8). Для пространственной модели нужно изготовить из пластилина 3 крупных красных шарика и 8 мелких синих горошин. В качестве соединительных связей нам понадобится 10 спичек. Сборка модели молекулы пропана происходит следующим способом.
- К одному из красных шаров с помощью спичек крепим 3 синих горошины.
- Конструкцию дублируем, так как нам нужны два одинаковых варианта.
- К оставшемуся третьему красному шару добавляем две синих горошины, закрепленных на спичках.
- Теперь все три части соединяем вместе. В центре должен находиться атом углерода с двумя атомами водорода, а по краям у каждого углерода должно быть по 3 атома водорода.
Тип связей, который отвечает за структуру молекулы пропана, такой же, как и у газов бутана, метана.
Аммиак
Представляет собой неорганическое бинарное соединение азота и водорода (NH3). Аммиак – газ, не имеющий цвета, но легко распознаваемый по характерному запаху. В предыдущих моделях мы использовали для лепки атома водорода синий пластилин, а для углерода – красный. Моделируя молекулу аммиака, также воспользуйтесь синим цветом для трех атомов водорода, то есть слепите 3 синих шарика.
Для азота выберите какой-либо другой цвет, например, желтый. Понадобится один шарик такого оттенка. Теперь с помощью спичек к азоту (желтый шар) присоедините 3 водорода (синие шары). Модель аммиака готова.
Этот галоген широко распространен в окружающем мире. Молекулярное строение газа крайне простое, оно содержит всего два атома (Cl2). Хлор тяжелее воздуха, имеет зеленовато-желтый оттенок и токсичный резкий запах.
Изобразить его молекулы несложно. Нужно вылепить из пластилина два зеленых шара и соединить их одной спичкой. Еще более простой способ – присоединить два шара боками друг к другу, не прибегая к помощи спичек или зубочисток.
Сложное вещество, представленное в природе разными вариантами, например, хлорид натрия (NaCl), сульфат кальция (CaSo4). NaCl еще называют поваренной солью, с ней знаком каждый из нас, так как она является пищевой.
Для изготовления соединения поваренной соли делаем два шара: небольшой зеленый (хлор) и крупный коричневый (натрий). Чтобы они стали единой молекулой, достаточно прижать шары друг к другу, но можно воспользоваться и спичкой, символизирующей соединительные связи.
Полезные советы
Современные родители и без советов знают, как развивать своих детей, но мы все же озвучим несколько рекомендаций.
Если хотите донести до школьника сложную информацию, находите нестандартные пути ее подачи. В нашем случае обучение химии происходит через 3D-моделирование. Полезные моменты заключаются в следующем.
- Дети усваивают новые знания.
- Способ получения информации сопровождается творческим процессом ваяния объемных фигурок. Он увлекает и дает возможность ученику заинтересоваться таким сложным предметом, как химия.
- Работа с пластилином развивает моторику рук, поэтому она полезна для мыслительной деятельности и творческого потенциала.
- Занятия лепкой помогают в становлении таких полезных качеств, как воображение, усидчивость и сосредоточенность.
Начинайте обучение с простых, но реально существующих моделей молекул. Ребенок сразу должен себя почувствовать причастным к настоящей науке.
Предложите сыну или дочери, пользуясь учебником (интернетом), самостоятельно найти формулы молекул, которые вы еще не проходили. Пусть ребенок с помощью найденной схемы и своего воображения изготовит макет без посторонней помощи. Его может заинтересовать, из каких молекул состоит воздух, кислород, вода, золото, алмаз или сладкий сахар.
Сложность:
Материалы:
- вода;
- крахмал;
- пластиковый контейнер;
- пищевой краситель, деревянная доска, молоток (опционно).
Как сделать:
Когда масса сдавливается, молекулы крахмала соединяются и вещество становиться твердым. Если же массу не сжимать, молекулы могут свободно двигаться, и масса начинает течь, как жидкость. Жидкость, вязкость которой зависит от градиента скорости, называется неньютоновской жидкостью.
Вот выпуск телевизионной передачи Галилео, посвященный неньютоновской жидкости.
Читайте также: