از بنزوئیک اسید گلوله‌های برف بسازید!

احتیاط:

مقدمه

شما با کمک علم شیمی می‌توانید کریستال‌های برف را بسازید که به برف واقعی شباهت فوق‌العاده‌ای دارند. برف از کریستال‌های آب تشکیل شده است. در این پروژه شما از کریستال‌های خالص بنزوئیک اسید، گلوله‌های برفی را تهیه می‌کنید. مزیت این کریستال‌ها این است که در دمای اتاق ذوب نمی‌شوند. در واقع، هدف اصلی از انجام این آزمایش، آشنایی دانش‌آموزان با فرایند تصعید است، که با انجام این آزمایش این فرایند را از نزدیک درک می‌کنند و در پایان با طرح سوال و جوابی، دانش‌آموز با مفهوم اصلی و کلیدی تصعید، آشنا می‌شود.

• ظرف دهان‌گشاد شیشه‌ای پیرکس (مقاوم در برابر حرارت)
• 5 گرم بنزوئیک اسید (یک قاشق غذاخوری)
• پیمانه‌ی مدرج پیرکس
• هیتر
• بشری که تا دو سوم حجم آن از آب پر شده است
• عروسک آدم برفی یا تکه‌ای درخت سرو
• چوب پنبه

 روش كار

ابتدا بنزوئیك اسید را داخل ظرف بریزید، سپس عروسک آدم برفی یا شاخه‌ی درخت سرو را روی چوب‌پنبه ثابت كنید و آن را هم درون ظرف قرار دهید. در ظرف را ببندید و آن را روی بشری که تا دو سوم آن، آب پر شده است قرار دهید (دهانه‌ی بشر با کف ظرف برابر باشد). سپس آن ها را  روی هیتر قرار داده و با ملایمت حرارت دهید. در واقع در این شیوه از حرارت غیرمستقیم استفاده می‌کنیم تا بنزوئیک اسید ذوب نشود. بعد از مدتی، بنزوئیك اسید ناپدید می‌شود. در واقع بنزوئیک اسید جامد، تصعید شده است. پس از ناپدید شدن بنزوئیك اسید جامد، حرارت دادن را قطع كنید. پس از مدتی ملاحظه می‌کنید که بلورهای سفید بنزوئیک اسید در اثرفرآیند چگالش، مانند برف روی آدم برفی یا شاخه‌ی درخت می‌نشیند.

احتیاط:

بنزوئیک اسید به عنوان نگهدارنده در فرآورده‌های غذایی کاربرد دارد، بنابراین یکی از بی‌خطر‌ترین ماده‌های شیمیایی محسوب می‌شود. هرچند بنزوئیک اسید خالص می‌تواند برای پوست بسیار خورنده باشد. همچنین در صورت بلعیده شدن در مقدار زیاد سمی است. بنابراین هنگام انجام این آزمایش نمایشی از دستکش و عینک محافظ استفاده کنید. این آزمایش بسیار بامزه است ولی توصیه می‌شود دانش‌آموزان عزیز با کمک معلم شیمی خود آن را انجام دهند.

چه اتفاقی افتاده است؟

در این آزمایش، ابتدا در اثر حرارت دادن، بنزویک اسید جامد تصعید می‌شود. یعنی مستقیما از حالت جامد به شکل گاز در می‌آید. با خاموش کردن هیتر (منبع حرارت) و بر اثر سرد شدن، مجددا بخارات بنزویک اسید که در محوطه‌ی در بسته جمع شده است، متراکم می‌شوند و به صورت کریستال‌هایی ظاهر می‌شوند که از نظر شکل ظاهری بسیار شبیه گلوله‌های برفی هستند.

روش تصعید

در این روش، نمونه در درجه حرارتی پایین‌تر از نقطه ذوب آن گرم می‌شود و مستقیما از حالت جامد به صورت بخار در می‌آید و بعد بخار حاصل فورا در سطح سردی به حالت جامد متراکم می‌شود (متبلور می‌شود). این دو مرحله بدون مداخله حالت مایع صورت می‌گیرد.

در روش تصعید چون بخار را می‌توان دوباره جامد کرد، بنابراین، از این روش برای خالص‌سازی بعضی از جامدات استفاده می‌کنند. در این روش از اختلاف فشار بخار اجسام جامد استفاده می‌شود. یعنی باید بین فشار بخار جسم جامد و ناخالصی، اختلاف زیادی وجود داشته باشد، تا یکی از آن ها به‌راحتی تصعید شود. عمل تخلیص وقتی به خوبی انجام‌پذیر است كه فشار بخار ناخالصی‌هی مشخصا كمتر از فشار بخار ماده تصعید شدنی باشد. از این آزمایش نمایشی می‌توان با کمی تغییر برای خالص‌سازی بنزویک اسید هم استفاده کرد. راجع به آن فکر کنید؟

سوال

-    چرا در این آزمایش بامزه، از بنزوئیک اسید استفاده شده است؟ آیا به جای بنزویک اسید می‌توان از مواد شیمیایی جامد دیگری هم استفاده کرد؟

پاسخ

-    بنزوئیک اسید فشار بخار بالایی در نقطه‌ی ذوب خود دارد و به‌راحتی با حرارت ملایم از فاز جامد به فاز گازی تبدیل می‌شود بدون اینکه مایع شود و مجددا بر اثر سرد شدن به صورت کریستال‌هایی ظاهر می‌شود. بنابراین، این آزمایش را می‌توان با مواد شیمیایی مشابه که فشار بخار بالایی زیر نقطه‌ی ذوب خود دارند هم انجام داد مانند نفتالین و سالیسیلیک اسید.

منبع: شبکه ملی مدارس، رشد

نویسنده: عاطفه قویدست، دانشجوی سال دوم دکتری شیمی آلی، دانشگاه گیلان

تنظیم: نسرین صادقی