• مشکی
  • سفید
  • سبز
  • آبی
  • قرمز
  • نارنجی
  • بنفش
  • طلایی
  • تعداد بازديد :
  • 1040
  • يکشنبه 1395/3/9
  • تاريخ :

جداسازی از طریق تقطیر

جداسازی از طریق تقطیر

مقدمه:

آیا به آشپزی علاقه دارید؟ اگر در خانه هنگام آشپزی به بزرگ تر خود کمک کرده باشید یا آشپزی کسی را تماشا کرده باشید، به احتمال زیاد مایعات فراوانی را دیده اید که داغ می شوند، مانند شیر، آب و ... . آیا دقت کرده اید که با جوشیدن مایع، بخار زیادی تولید می شود؟ تا به حال به این فکر کرده اید که بخار از چه چیزی ساخته شده است و چه اتفاقی برای شکر و نمک حل شده در مایع رخ می دهد؟ آیا این مواد نیز می جوشند یا در محلول باقی می مانند؟ در این فعالیت علمی شما یک دستگاه تقطیر خواهید ساخت که امکان نمونه برداری از بخار تولید شده از یک آبمیوه در حال جوشیدن را فراهم می کند. به نظرتان این بخار چه مزه ای دارد؟

جداسازی از طریق تقطیر

پیش زمینه:

برای ساخت یک محلول به چه چیزهایی نیاز دارید؟ اول از همه آب (حلال) و سپس ماده ای مانند شکر یا نمک که در آن حل شود (حل شونده). حلال و حل شونده تشکیل یک محلول می دهند که در واقع مخلوطی همگن است و شما نمی توانید این دو جزء را در آن از هم تشخیص دهید. بسیاری از محلول ها حاوی مواد مختلفی هستند، اما چگونه می توان این اجزا را در یک محلول مایع از هم جدا کرد؟ فرآیندی به نام تقطیر امکان انجام این کار را فراهم می کند. تقطیر کاربردهای زیادی در دنیای واقعی دارد، از جمله در داروسازی، عطرسازی و یا تولید برخی محصولات غذایی.

جداسازی از طریق تقطیر

تقطیر از تفاوت در فراریت اجزای محلول استفاده می کند، به این معنا که هر ترکیب نقطه ی جوش متفاوتی دارد و در درجه حرارت خاص به خود شروع به تبخیر می کند (تغییر از حالت مایع به گاز). در هنگام تقطیر محلول گرم می شود تا جزء دارای پایین ترین نقطه ی جوش اول از همه تبخیر شود و اجزای دیگر در محلول باقی بمانند. جزء تبخیر شده که در حالت گازی قرار دارد را می-توان سپس با کندانسیون در ظرفی دیگر جمع آوری کرد. این فرآیند تقطیر نام دارد، بدان معنا که بخار تا اندازه ای سرد می شود که گاز مجدداً به مایع تغییر حالت دهد. با تغییر دمای تقطیر شما می توانید بسیاری از مواد را با توجه به فراریت شان جداسازی کنید. با این وجود اگر محلولی داشته باشید که حاوی حل شونده ی غیر فرار باشد، این جزء در فرآیند تقطیر در محلول باقی می ماند.
حال با علم به نحوه ی کار دستگاه تقطیر، به نظرتان با جوشاندن آب میوه چه اتفاقی می افتد؟ دستگاه تقطیر خود را بسازید و این موضوع را بررسی کنید.

جداسازی از طریق تقطیر

توضیح: پدیده ی چگالش برای تمامی حالت های انقباضی و تراکم به کار می رود. در فارسی و عربی از واژه ی میعان دقیقا برای همین کلمه ولی در مورد تبدیل بخار به آب استفاده می شود.

 

مواد و وسایل مورد نیاز:

 اجاق گاز (همیشه در هنگام کار با اجاق گاز از یک بزرگتر کمک بگیرید.)
 قابلمه ی عمیق با در شیب دار (در صورت امکان در شفاف باشد)
 کاسه ی سرامیکی
 یک بشقاب سرامیکی کوچک یا فنجان سرامیکی
 سه عدد لیوان شیشه ای
 آب سیب یا آب آلبالو (حدود نیم لیتر)
 پیمانه ی اندازه گیری مایع
 یخ
 دستگیره ی آشپزخانه
 عصاره ی گوشت (اختیاری)
 دماسنج (اختیاری)
 سرکه (اختیاری)

 

آماده سازی:

دقت کنید که تمام وسایل مورد استفاده کاملاً تمیز باشند. (در این صورت می توانید از آب میوه و سایر مواد در انتهای کار نمونه برداری کنید و آنها را بچشید.)
بشقاب سرامیکی کوچک را در وسط قابلمه قرار دهید. بسته به عمق قابلمه می توانید یک فنجان سرامیکی نیز در مرکز آن بگذارید.
یک کاسه ی سرامیکی را روی بشقاب کوچک یا فنجان بگذارید.
 حال قابلمه را روی اجاق گاز قرار دهید.

جداسازی از طریق تقطیر

روش کار:

 یک پیمانه آب میوه داخل یک لیوان بریزید. به رنگ آن نگاه کنید و مقدار کمی از آن را بچشید، شیرین است؟ رنگ آب میوه چطور، آیا پررنگ است؟ باقی آب میوه را برای مقایسه در انتهای کار نگه دارید.
 
 یک پیمانه آب میوه ی رنگی در کف قابلمه بریزید. (در این حالت بشقاب کوچک یا فنجان سرامیکی شما در میان آب میوه قرار می گیرد.)
 
 با کمک گرفتن از بزرگتر خود شعله ی زیر قابلمه را روشن کنید و حرارتی متوسط به آن بدهید تا آب میوه بجوشد. آیا با شروع جوشیدن بخار تولید شده را مشاهده می کنید؟
 
 حال در قابلمه را برعکس روی آن بگذارید، به طوری که نوک در به سمت پایین و کاسه ی سرامیکی داخل قابلمه باشد. با بستن در به این شکل چه اتفاقی برای بخار تولید شده می افتد؟
 
 روی در برعکس یک تکه یخ قرار دهید. در طول آزمایش با ذوب شدن این تکه باید یخ دیگری جایگزین آن کنید. اگر از در شفاف استفاده کرده باشید، می توانید قطره های تشکیل شده در سطح داخلی در را مشاهده کنید. این قطرات از کجا می آیند و چه اتفاقی برایشان می افتد؟
 
 محتویات قابلمه را به مدت بیست تا سی دقیقه بجوشانید و دقت داشته باشید که مقداری آب میوه باید همواره در کف ظرف باقی بماند. با گذشت زمان آیا تغییری در مقدار آب میوه ی داخل قابلمه مشاهده می کنید؟
 
 پس از گذشت بیست تا سی دقیقه، شعله را خاموش کنید و اجازه دهید ظرف چند دقیقه سرد شود.
 دستگیره های آشپزخانه را بردارید و با دقت در قابلمه را از روی آن جدا کنید. چه اتفاقی برای کاسه ی سرامیکی که داخل قابلمه قرار داده بودید افتاده است؟


با دستگیره کاسه ی سرامیکی را از روی بشقاب کوچک یا فنجان بلند کنید و آن را روی یک سطح مقاوم در برابر حرارت بگذارید.
بشقاب کوچک یا فنجان سرامیکی را از داخل ظرف بیرون بیاورید. چه مقدار آب میوه در مقایسه با مقداری که ابتدا در قابلمه ریخته بودید باقی مانده است؟


پس از سرد شدن قابلمه، آب میوه ی باقی مانده در ته قابلمه را داخل یک لیوان بریزید. آیا آب میوه در اثر جوشیدن تغییری کرده است؟
 ماده ی تقطیر شده ی سرد (بخار کندانس شده) را که اکنون مایع داخل کاسه ی کوچک است در یک لیوان بریزید. ظاهر این ماده چگونه است؟


حال لیوان حاوی آب میوه که از ابتدای کار نگه داشته بودید را در کنار دو لیوان جدید بگذارید. ظاهر این مواد را با هم مقایسه کنید. آیا انتظار چنین نتایجی را داشتید؟ به نظرتان چرا آب میوه به این شکل تغییر کرده است؟ چه مقدار آب میوه در مقایسه با مقدار اولیه در قابلمه باقی مانده است؟ 
اجازه دهید این مایعات به دمای اتاق برسند. به دلیل استفاده از وسایل تمیز و ماده ی قابل خوردن (آب میوه) می توانید مزه ی هر محلول را بچشید. این سه محلول چه تفاوتی در مزه با هم دارند؟ کدام شیرین تر و کدام بی مزه تر است؟ بخار کندانس شده چه مزه ای دارد؟ این تفاوت از کجا ناشی می شود؟


در انتها ماده ی تقطیر شده را به لیوان حاوی آب میوه ی باقی مانده در قابلمه اضافه کنید. آیا حجم مایع به چیزی که در ابتدا اضافه کرده بودید می رسد؟ ظاهر و طعم این محلول چه تفاوتی با آب میوه ی اصلی دارد؟

آزمایش های تکمیلی:

 این فعالیت علمی را با استفاده از یک محلول شور مانند عصاره ی گوشت انجام دهید. به نظرتان نتایج یکسان خواهد بود؟ در هنگام جوشیدن عصاره ی گوشت چه اتفاقی برای نمک داخل آن می افتد؟
 این فعالیت علمی را با سرکه تکرار کنید. سرکه مخلوطی حاوی چهار تا شش درصد استیک اسید به اضافه ی آب است. آیا می-توانید با تقطیر این دو مایع را از هم جدا کنید؟ در این صورت ماده ی تقطیر شده چه طعمی دارد؟
 احتمالاً می دانید که نقطه ی جوش آب خالص در فشار اتمسفر طبیعی ۱۰۰ درجه سلسیوس (۲۱۲ فارنهایت) است. اضافه کردن یک جزء حل شونده به آب مانند نمک، شکر و غیره سبب تغییر در نقطه جوش محلول حاصل می شود. سه محلول خود را گرم کنید (آب میوه ی اصلی، آب میوه ی باقی مانده در قابلمه و ماده ی تقطیر شده) و نقطه ی جوش هر یک را با دماسنج اندازه بگیرید. نقطه ی جوش آنها چه میزان متفاوت است؟ با افزایش غلظت حل شونده، نقطه ی جوش محلول چه تغییری می کند؟

مشاهده و نتیجه گیری:

آب میوه ها معمولاً بسیار شیرین هستند زیرا میوه ها حاوی مقدار زیادی قند میوه به نام فروکتوز هستند. با این حال بیش از هشتاد درصد از اکثر میوه ها را آب تشکیل می دهد. در نتیجه اساساً آب سیب یا آب آلبالو ترکیبی از آب و شکر است. با رسیدن به نقطه ی جوش آب میوه، تبخیر شروع می شود و بخاری از ظرف خارج می شود. اگر در قابلمه را بگذارید بخار تا در بالا می آید و چون در قابلمه بسیار سردتر از بخار است (به خصوص با قرار دادن یخ روی آن) بخار به سرعت سرد و کندانس می شود و مجدداً به حالت مایع درمی آید (قطراتی که روی سطح داخلی در قابلمه تشکیل می شوند). این قطره ها به داخل کاسه سقوط می کنند. با جوشیدن آب میوه احتمالاً متوجه شده اید که مقدار آب داخل کاسه افزایش و مقدار آب میوه ی داخل قابلمه کاهش می یابد. دلیل آن است که بخار که جزئی از آب میوه است در ظرفی جدا جمع آوری می شود. اگر این دو جزء را مجدداً با هم مخلوط کنید حجم به دست آمده برابر با حجمی است که در ابتدا به قابلمه اضافه کرده اید.

جداسازی از طریق تقطیر

با مقایسه ی سه محلول در انتهای کار (آب میوه ی اصلی، ماده ی تقطیر شده و آب میوه ی باقی مانده) اولین چیزی که متوجه آن می شوید این است که رنگ آب میوه ی باقی مانده در قابلمه بسیار تیره تر است و ماده ی تقطیر شده کاملاً بی رنگ و شبیه به آب خالص است. در واقع ماده ی تقطیر شده آب خالص است و هیچ مزه ای ندارد، در حالی که آب میوه ی باقی مانده بسیار شیرین تر از آب میوه ی اصلی است. دلیل آن است که شکر یک جزء غیر فرار است، بدان معنا که با جوشاندن یک مایع شیرین، شکر باقی می ماند و به حالت گاز درنمی آید. جزء آب در مخلوط در دمای صد درجه سلسیوس شروع به جوشیدن می کند و بخاری متشکل از آب خالص ایجاد می کند. نمک هم یک ماده ی غیر فرار است و اگر همین فعالیت را با عصاره ی گوشت انجام دهید، ماده ی تقطیر شده آب خالص است. با مقایسه ی نقطه ی جوش سه محلول در انتهای کار احتمالاً مشاهده کرده اید که با افزایش ماده ی حل شونده به آب نقطه ی جوش محلول بیشتر می شود. هر چه مقدار حل شونده بیشتر باشد نقطه ی جوش محلول نیز بالاتر می رود.

جداسازی از طریق تقطیر

از سوی دیگر سرکه (ترکیب چهار تا شش درصدی استیک اسید به اضافه ی آب) به آسانی قابل جداسازی با فرآیند تقطیر نیست. دلیل آن است که نقطه ی جوش آب (۱۰۰ درجه ی سلسیوس) و سرکه (۱۰۰.۶ درجه سلسیوس) بسیار به هم نزدیک هستند و جداسازی کامل این دو جزء بدین شکل امکان پذیر نیست. با این توضیحات باید مشاهده کرده باشید که ماده ی تقطیر شده آب خالص نیست و همچنان طعم سرکه را دارد.

منبع: SA  

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تنظیم: نیلوفر یاقوتی

منجنیق

منجنیق

هنگامی که منجنیق را آماده ی پرتاب می کنید به آن انرژی می دهید. این انرژی به صورت انرژی پتانسیل در جسم ذخیره می شود. منجنیقی که شما در این فعالیت علمی خواهید ساخت با استفاده از انرژی پتانسیل الاستیک ذخیره شده...
ساخت دست مصنوعی

ساخت دست مصنوعی

در این فعالیت علمی شما یک پنجه ی مصنوعی ساده با استفاده از چند نی و نخ خواهید ساخت. شکاف هایی در نی ایجاد خواهید کرد که به عنوان مفصل عمل خواهند کرد. همچنین نخ هایی از نی رد می کنید تا به عنوان تاندون عمل کنند....
چگونه آژیر بسازیم

چگونه آژیر بسازیم

برای درک نحوه ی کار آژیرها ابتدا باید نگاهی به مفاهیم فیزیک صوت بیندازیم. صوت اساساً فقط حرکت هواست. با حرکت یا جابه جایی ذرات هوا یک موج صوتی تولید می شود که متشکل از الگویی تکراری از مناطق فشار بالا و فشار پایین است...
UserName