Un proiect științific vaporizant de la Science Buddies

scientific

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.scientificamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text = butonul" Înscrieți-vă "data-newsletter -link = "https://www.scientificamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

Concepte cheie
Fizică
Punct de fierbere
Condensare
Distilare

Introducere
Iti place sa gatesti? Dacă ați ajutat în bucătărie acasă sau ați urmărit pe cineva gătind, probabil ați văzut o mulțime de lichide - cum ar fi apa, laptele și supa - încălzite. Ai observat că odată ce lichidul fierbe, se dezvoltă mult abur? V-ați întrebat vreodată din ce este făcut aburul și ce se întâmplă cu toate substanțele, cum ar fi zahărul sau sarea, care sunt dizolvate în soluția pe care o fierbeți? Fierb și ele sau rămân în urmă în soluție? În această activitate veți construi un dispozitiv de distilare care vă permite să probați aburul pe care îl generați în timp ce fierbeți un suc de fructe! Cum crezi că va gusta?

fundal
De ce aveți nevoie pentru a face o soluție? În primul rând, aveți nevoie de apă sau un solvent și apoi aveți nevoie de o substanță precum zahăr sau sare pentru a se dizolva, numită și solut. Solventul și solutul devin o soluție - un amestec omogen - în care nu mai puteți vedea diferența dintre ele. Majoritatea soluțiilor conțin de fapt multe substanțe diferite. Dar dacă doriți să separați componentele individuale de o soluție lichidă? Există un proces numit distilare care vă permite să faceți exact acest lucru. Este utilizat în multe aplicații din lumea reală, cum ar fi fabricarea de medicamente, parfumuri sau unele produse alimentare.

Distilarea exploatează diferențele în volatilitatea componentelor soluției, ceea ce înseamnă că fiecare compus are un punct de fierbere diferit și începe să se vaporizeze (trecând de la starea sa lichidă la cea gazoasă) la o temperatură diferită. Când distilați, încălziți soluția astfel încât componenta cu cel mai scăzut punct de fierbere să se evapore mai întâi, lăsând în urmă celelalte substanțe dizolvate. Componenta vaporizată în stare gazoasă poate fi apoi colectată într-un recipient diferit prin condensare și se numește distilat. Aceasta înseamnă că vaporii sunt răciti, astfel încât gazul devine din nou lichid. Prin modificarea temperaturii de distilare, puteți separa multe substanțe diferite în funcție de volatilitățile lor diferite. Dacă aveți o soluție care include o soluție non-volatilă, totuși, acest compus va rămâne întotdeauna în urmă în soluție.

Știind acum cum funcționează distilarea, ce credeți că se va întâmpla cu sucul de fructe odată ce îl încălziți? Faceți-vă propriul dispozitiv de distilare și aflați!

Materiale

  • Aragaz (Lucrați întotdeauna cu un ajutor pentru adulți atunci când utilizați aragazul.)
  • Oală de gătit profundă cu capac înclinat (capac transparent, dacă aveți unul)
  • Castron din ceramica
  • Placă mică de ceramică sau ceașcă de cafea din ceramică
  • Trei pahare
  • Suc de mere sau afine (aproximativ jumătate de litru)
  • Pahar de măsurare lichid
  • Gheaţă
  • Mănuși de cuptor
  • Bulion (opțional)
  • Termometru de gătit (opțional)
  • Oțet (opțional)

Pregătirea

  • Asigurați-vă că toate materialele dvs. sunt curate. (Apoi veți putea să probați sucul și produsele la sfârșitul activității.)
  • Așezați placa mică de ceramică în centrul vasului de gătit. În funcție de cât de adâncă este oala dvs., puteți pune și o ceașcă de cafea din ceramică în centrul ei.
  • Așezați un castron ceramic deasupra farfuriei mici sau a ceașcii de cafea.
  • Puneți oala pe aragaz.

Procedură

Observații și rezultate
Sucurile sunt de obicei foarte dulci. Acest lucru se datorează faptului că fructele conțin mult zahăr din fructe, numit fructoză. Cu toate acestea, mai mult de 80 la sută din majoritatea fructelor constau în apă, astfel încât practic sucul de mere sau afine este un amestec de apă și zahăr. Odată ce ați atins punctul de fierbere al sucului, acesta va începe să se evapore și veți vedea abur ieșind din oală. Dacă închideți oala cu capac, aburul se ridică până la capac și, deoarece capacul este mult mai rece decât aburul (mai ales după ce ați pus gheața deasupra), vaporii se răcesc rapid și se condensează, devenind un lichid din nou pe care îl puteți vedea sub formă de picături în interiorul capacului. Aceste picături cad și sunt colectate în vasul pe care l-ați pus în oală. Pe măsură ce sucul a fiert, probabil ați observat că cantitatea de apă din vas a crescut, în timp ce cantitatea de suc din oală a scăzut. Acest lucru se datorează faptului că aburul, care făcea parte din suc, a fost colectat într-un recipient separat. Dacă sunt combinate, distilatul și sucul rămas ar trebui să adauge un volum similar de suc pe care l-ați avut la început.

Când ați comparat cele trei soluții diferite la final (suc original, distilat și suc rămas), primul lucru pe care probabil l-ați văzut a fost că culoarea sucului rămas a devenit mult mai întunecată și distilatul nu avea deloc culoare și arăta ca apa pură . Și este de fapt apă pură; nu ar fi trebuit să aibă dulceață când l-ai gustat, în timp ce sucul rămas ar fi trebuit să aibă un gust mult mai dulce decât sucul original. Motivul este că zahărul este un compus non-volatil, ceea ce înseamnă că, atunci când fierbeți orice lichid zaharat, zahărul va rămâne în urmă în soluție și nu va fi transferat într-o stare gazoasă. Cu toate acestea, componenta de apă a amestecului începe să se evapore la aproximativ 100 de grade C, rezultând un abur format din apă pură. Sarea este, de asemenea, o substanță non-volatilă și dacă ați repetat activitatea cu bulion, distilatul dvs. ar fi trebuit să fie și apă pură. Dacă ați comparat punctele de fierbere ale tuturor celor trei soluții la final, ați fi observat că puteți crește punctul de fierbere al apei adăugând substanțe dizolvate - cu cât este mai mare cantitatea de substanțe dizolvate, cu atât va fi mai mare punctul de fierbere.

Oțetul, pe de altă parte - sau un amestec de 4 până la 6% acid acetic și apă - nu se separă ușor prin distilare. Acest lucru se datorează faptului că punctele de fierbere ale apei (100 grade C) și oțet (aproximativ 100,6 grade C) și sunt prea apropiate pentru a rezulta o separare completă a ambelor componente. Ar fi trebuit să observați că distilatul este încă gustat ca oțetul.

Mai multe de explorat
Distilare, de la TutorVista
Cum funcționează rafinarea petrolului, din Cum funcționează lucrurile
Activitate științifică pentru toate vârstele!, De la Science Buddies

Această activitate ți-a fost adusă în parteneriat cu Science Buddies