Separation av blandade ämnen

LABORATIONSRAPPORT (SEPARATION AV BLANDADE ÄMNEN)

Introduktion
Ett problem har uppstått: ett fåtal ämnen – NaCl, Fe och sand – har blandats. På diverse sätt skall ämnena ur blandningen separeras från varandra och behålla så mycket av sin ursprungliga vikt som möjligt. Det är elevens uppgift att ta reda på hur hon skall gå tillväga. Hur separerar du dessa tre ämnen från denna heterogena blandning?

Teori
En homogen blandning är en blandning av två eller flera ämnen där de inte kan urskiljas med blotta ögat, utan kräver kraftig förstoring i mikroskop. Det går emellertid att åtskilja dem då ämnena inte är sammanblandade på molekylär nivå – alltså, är det inte bundna till varandra.
I den heterogena blandningen är det möjligt att med blotta ögat urskilja ämnen i blandningen. Exempelvis Fe (järn) och sand. Med andra ord, är det motsatsen till en homogen blandning.

Dessa ovannämnda ämnen befinner sig i ett och samma provrör, noggrant blandat. Det är elevens uppgift att åtskilja dem. Alla ämnen har olika egenskaper; NaCl är en jonbindning bestående av en Natriumatom och en kloratom. Jonbindningen som neutraliseras vid reaktion, det vill säga uppnår ädelgasstruktur (= fullt ytterst atomskal), kallas också för salt. Salt är känt för att lösas upp i vatten.
Fe (järn) är ett väldigt magnetiskt grundämne. Det går således att attrahera det från plats A till B, magnetkällan.
Sand är material gjort på kiseldioxid SiO2 och silikater SixOy, mest där för att komplicera avskiljningen.
Hypotes
Hypotetiskt talat, går det sannerligen att, i ursprungsstadiet, dra bort järnet från blandningen. Därefter, fylla den resterande blandningen med vatten för att framkalla en homogen blandning innehållande salt och vatten. Salt och vatten blir gemensamt en lösning; saltet går ej att urskiljas. Ett filter bör filtrera lösningen till en egen bägare, medan sandet fastnar och blir ensamt. Sedan, för att separera saltet från vattnet förångar du vattnet genom att koka det. Sedermera, består endast saltet i den heterogena lösningen. Vid det här laget har du sannerligen tre olika ämnen, i tre olika bägare.

Material och metod

Material: tre bägare gjorda av glas. Magnet. Pappersfilter. Tratt. Ca 0,5g NaCl, Fe och sand. Pappersblad. Spisplatta.

Metod: Börja med att binda ett papper runtom en magnet – så att du effektivt kan lösgöra järnkulorna från magneten då de inte fäster direkt på magneten. Positionera järnet i en enskild bägare. Övergå nu till blandningen bestående av salt och sand. Fyll bägaren med vatten och skaka sedan om tills saltet inte syns. Häll nu blandningen i ett filter ilagt i en tratt placerad ovanför en ny, tom bägare – vänta tills det har droppat klart och att filtret är relativt torrt. (Nu har du två bägare; en med lösningen salt och vatten, en med järn och ett filter med sand i.) Använd dig av något hårt, föreslagsvis en sked, och skrapa av sandet till en annan, tom bägare. Lägg nu bägaren med vatten-/saltlösningen på en spisplatta av hög temperatur. Inom sin tid, kommer vattnet att växla aggregationstillstånad, det vill säga övergå – förånga – till gasform. Glöm nu vattnet som befinner sig i luften och fokusera dig på de tre bägarna – en med förhoppningsvis ca. 0,5g järn, 0,5g salt, 0,5g sand. Det som återstår är att väga vardera bägare för att kunna deducera viktförlusten och sedan dra slutsatser – varför är viktförlusten som den är? För att beräkna vikten, ställ bägaren med ämnet i på en våg – vilket förutsätter att du vet bägarens ursprungliga vikt – och subtrahera sedan bort bägarens vikt från den totala vikten. Du får följaktligen fram ämnets tyngd.

Resultat

Precis som i hypotesen, gick det att separera ämena med metoderna nämnda under metod. Nedan följer tabeller på viktminskningarna:

Vikt innan separering, ursprungsvärdet:

Järn (Fe) – 0,5151g Salt – 0,4901g Sand – 0,5203g

Vikt efter separering:

Järn (Fe) – ca. 0,4314g Salt – ca. 0,4581 Sand - ca. 0,5481g


Diskussion

Det fanns två olika typer av blandningar i denna laboration. Den homogena blandningen skulle inte kunnat ha uppstått om inte saltet och vattnet hade specifika egenskaper. Varför blev de andra ämnena inte upplösta i vattnet? När ett salt löses i vatten, hydratiseras jonerna. Jonbindningarna mellan saltets positiva och negativa joner bryts. Nya bindningar uppstår – jon-dipolbindningar. Saltets positiva joner dras till vattenmolekylens negativa sida, och saltets negativa joner attraheras till den positiva sidan. Vatten är en polär kovalent bindning, vilket betyder att den har två poler – en negativt och en positivt laddad. Nu har du saltvatten!
Lika löser lika! Järn har metallbindningar och sand är uppbyggda av molekyler med kovalenta bindningar. För att två ämnen ska lösas, förutsätter det att de är uppbyggda av likadana intermolekylära bindningar, lyder principen, och förhållandevis överensstämmande bindningsenergi; ämnen med samma energi är mer potentiella att blandas.



Resultaten som framfördes väckte säkerligen frågetecken hos läsaren. Det finns förklaringar till varför exempelvis järn hade betydligt mer viktförlust än sand. Materialen hade inverkan på resultaten; magneten var av låg densitet, alltså hade den svag magnetkraft, vilket bidrog till att samtligt järn inte steg upp från blandningen av sand och järn mot magneten – järn i kopiösa mängder stannade kvar. Det syns på sandet vars vikt markant ökade. Slutsatsen är att järn stannade kvar i sandets bägare och ökade dess vikt.
För att separera saltet från vattnet behövdes vattnet avdunstas. Av misstag, fyllde dock jag och medlaboranten blandningen av salt och sand med för mycket vatten i hopp om att påskynda och effektivisera filtreringen. Detta orsakade fördröjning på avdunstningen och, ju mer tid som gick desto mer salt stänkte ut ur bägaren som kokades. Således, blev resultatet sämre än vad det kunde ha blivit.

Laborationen varpå denna rapport är baserad innehåller aspekter av felande karaktär, vilket kan korrigeras. Det kan simplifierat och kortfattat sammanfattas: införskaffa tillräckliga magneter. Fler känsliga våger – åtskilliga elever hade inte tillgång till dem och behövde antingen vänta eller strunta i dem. Tillgänglighet och effektiva resurser är a och o i laborering.

Ett förslag till ny laboration med samma koncept skulle vara en där Eleven skall ta reda på vad som finns i flera sammanblandade homogena blandningar.



Källor


http://distans.kyc3l.se/NK1202W/m01_materia/003_2_020_materia_sammanfattning.htm (2009-09-23, 19:34)
http://www.larcentrum.org/Safir/KE1201W/filmer/filmer-htm/a06-filmer-upplosning_salter.htm (2009-09-23, 20:01)