3.02 Dělení směsí, aneb i separace může být legrace (filtrace). Projekt Trojlístek

Transkript

1 3. Separační metody 3.02 Dělení směsí, aneb i separace může být legrace (filtrace). Projekt úroveň 1 2 3

2 1. Předmět výuky Metodika je určena pro vzdělávací obsah vzdělávacího předmětu Chemie. Chemie 2. Cílová skupina Metodika je určena pro žáky 2. stupně ZŠ (8. a 9. třída) a nižší ročníky osmiletých gymnázií (tercie a kvarta). 2. stupeň ZŠ (8. a 9. třída) Osmiletá gymnázia (tercie a kvarta) 3. Abstrakt Z nehomogenní vícesložkové směsi jsou postupně oddělovány jednotlivé látky působením elektromagnetického pole, gravitace a následně filtrací. 4. Startovní znalosti žáků Předpokládáme znalosti načerpané v 1. a 2. stupni ZŠ v předmětech Prvouka, Vlastivěda, Přírodopis, Chemie a rovněž obecné znalosti jevů každodenního života z oblasti člověk a příroda. Mezi okruhy zájmu patří problematika základních chemických látek a směsí (voda, železo, písek) a základů separačních metod. Co mají žáci znát: voda; chemické látky, směsi; dělící metody; magnetické pole. 5. Cílové znalosti žáků, nabyté vědomosti, přínos Experiment přispěje k pochopení zákonitostí složení hmoty z chemických látek. Žáci se seznámí s přípravou suspenze a dělení směsi sedimentací a filtrací. Naučí se připravit skládaný filtr. Bude vysvětlen rozdíl mezi homogenní a heterogenní směsí a uvedeny příklady dělení směsí. Na jednoduchém případě bude demonstrován a vysvětlen princip a působení elektromagnetického pole. Budou uvedeny příklady feromagnetických kovů. Gravitační usazování je základní separační operace, běžně používaná při čištění odpadních vod. Další rozšířenou aplikací usazování je sedimentace krve, která se provádí jako základní nespecifické diagnostické vyšetření. Co se žáci dozví: Co je chemická látka. Co je směs. Vznik a působení. elektromagnetického pole. Separační metody sedimentace a filtrace. 2

3 6. Chemikálie, pomůcky a vybavení 6.1 Použité chemikálie Voda H 2 O Potravinářské barvivo DŮLEŽITÉ: Co budu potřebovat, co si mám nachystat, připravit, nakoupit! Na co nesmím zapomenout! 6.2 Pomůcky a laboratorní vybavení Písek (různé frakce) Kousky železného drátu, případně také měděného nebo hliníkového Magnet Laboratorní stojan s kruhem Kádinka 500 ml (2 ks) Laboratorní lžička Nálevka Filtrační papír 6.3 Přístrojové vybavení Provedení experimentu nevyžaduje použití laboratorních měřicích přístrojů. 7. Časový harmonogram 7.1 Příprava experimentu Do doby přípravy experimentu je nutné zahrnout shromáždění uvedených chemikálií, pomůcek a nádobí. Další fází je vytvoření směsi látek ve vodě a pak postupné oddělování jednotlivých složek. Časy: Shromáždění pomůcek, nádobí a chemikálií odhadujeme na maximálně 5 minut. ČASY: 5 minut 7.2 Realizace experimentu Realizace jednoho pokusu probíhá v reálném čase. Časy: Dobu nutnou k vytvoření směsi a oddělení jednotlivých složek odhadujeme na 20 až 30 minut minut 3

4 8. Laboratorní postup Experiment se skládá z vytvoření nehomogenní směsi, rozmíchání a následného oddělení jednotlivých složek. Příprava směsi Ve větší kádince (500 ml) nejprve rozmícháme malé množství potravinářského barviva (koncentrace 100 mg/l) v pitné vodě. Ke vzniklému roztoku postupně přidáme několik lžiček písku a kousky kovového drátku. Vše zamícháme. Vlastní experiment a) oddělení kovových částic Malé kousky kovu oddělíme ze směsi přiložením permanentního magnetu k hladině nebo těsně pod hladinu vody v kádince. Experiment lze doplnit použitím dalšího kovu, který nevykazuje magnetické vlastnosti (například měď nebo hliník). Nemagnetický kov pochopitelně k permanentnímu magnetu přitahován nebude. b) gravitační usazování Promícháme kádinku lžičkou a poté ponecháme její obsah v klidu. Pozorujeme postupné usazování větších částeček písku. c) filtrace Po určité době (např. 10 minut) odebereme z kádinky menší množství suspenze (50 ml), kterou přefiltrujeme přes skládaný filtrační papír. Částečky písku (pevná fáze) zůstaly zachyceny na filtru, zatímco barevná voda překapala do kádinky jako filtrát. Molekuly barviva vytvořily s vodou pravý roztok, který nelze rozdělit klasickou filtrací. Účinkující chemické sloučeniny: H 2 O voda; potravinářské barvivo. Postup při přípravě skládaného filtru 9. Princip experimentu Jednoduchá aparatura pro filtraci Na příkladu směsi vytvořené z různých látek je možné vysvětlit rozdíl mezi homogenní směsí (roztok barviva ve vodě) a heterogenní směsí (písek + částečky kovu ve vodném roztoku). K rozdělení vzniklé směsi (suspenze) jsou použity fyzikálněchemické metody separace. Kovové částečky (jen ty feromagnetické) lze oddělit ze směsi použitím permanentního magnetu, tedy působením magnetického pole. Větší částečky písku (případně také neferomagnetického kovu) jsou ze směsi separovány jednoduchou metodou gravitačního usazování. 4

5 Jemná zrníčka písku (nebo jiné nečistoty) lze ze směsi oddělit filtrací přes skládaný filtrační papír. Po této separaci již ve filtrátu zůstane pouze homogenní směs vodného roztoku barviva. 10. Bezpečnost práce Kromě dodržování zásad bezpečné práce a hygieny práce je nutné seznámit se s povahou použitých chemických sloučenin. V tomto případě nejsou použity chemické látky se škodlivými účinky na lidské zdraví. 11. Poznámky ke strategii výuky Experiment je jednoduchý a časově nenáročný. Rovněž se vyznačuje malou potřebou laboratorního nádobí a nízkou spotřebou chemikálií. Doporučujeme individuální provedení pokusu jednotlivými žáky. Je vhodné používat ochranný oděv pracovní plášť. 12. Přínos Na jednoduchém experimentu je ukázáno vytvoření nehomogenní směsi z několika různorodých látek. Bude vysvětlen rozdíl mezi homogenní a heterogenní směsí a uvedeny příklady dělení směsí. Příklady působení permanentních magnetů jsou známy z běžného života, ať už se jedná o magnetické siločáry Země nebo kompas standardní pomůcku turistů, skautů nebo cestovatelů. Ve většině škol rovněž najdeme magnetické nástěnky. Že zdaleka ne všechny kovy vykazují feromagnetické vlastnosti je možné ukázat na jednoduchých příkladech. Gravitační usazování je základní separační operace používaná tradičně například při čištění odpadních vod. Pojem sediment se dnes běžně používá pro označení usazenin v nápojích, ale i v geologii. Kompas pomůcka nejen cestovatelů 5

6 Většina lidí se při návštěvě lékaře a podezření na chorobu setká se sedimentací krve, která se provádí jako základní nespecifické diagnostické vyšetření. Možná by se žáci mohli společně zamyslet, proč je toto vyšetření časově poměrně náročné, případně jak dobu sedimentace (krvinek) zkrátit. Sedimentace krve Na příkladu povrchové filtrace s použitím jednoduchého skládaného filtru lze jednoduše vyzkoušet separaci pevné fáze a kapaliny. Různé filtrační přepážky mají různé vlastnosti, existují pískové filtry (úprava vody), filtrační papíry s různou porozitou používané v laboratořích i speciální filtry membránové, které dokáží od sebe oddělit i molekuly vody a solí (reverzní osmóza). 13. Fotografie Průběh experimentu můžeme dokumentovat pořízením fotografií. 6