Tudományos projektek kezdőknek:

Kémia

Só vagy cukor: Melyik oldódik gyorsabban különböző folyadékokban

Az oldatok nem mások, mint különböző vegyületek vagy elemek keverékei. Nap mint nap találkozunk oldatokkal, anélkül, hogy észrevennénk.

Még a belélegzett levegő is – amely vizet tartalmaz – egy folyadék és egy gáz oldata. Ha ma üdítőt ittál, akkor valójában egy ízesített vízben oldott gáz oldatát ittad. Ha egy sterling ezüstből készült karkötőt viselsz, akkor két fém oldatát viseled.

Ebben a kísérletben folyékony oldattal fogsz dolgozni, ami az oldatok három típusának egyike. A többi típus a gáznemű oldatok és a szilárd oldatok.

Szóval mi a probléma?

Ha egy kanál cukrot keverünk egy pohár vízbe, akkor oldatot képezünk. Ez a fajta folyékony oldat egy szilárd oldott anyagból, azaz a cukorból, és egy folyékony oldószerből, azaz a vízből áll. Ahogy a cukormolekulák egyenletesen szétoszlanak a vízben, a cukor feloldódik.

Folyadékot gázzal keverve egy másik oldattípus jön létre, amelyet gáznemű oldatnak nevezünk. Ilyen típusú oldatra példa a páratartalom. A páratartalom a levegőben (gáz) oldott víz (folyadék).

A szilárd oldatban, például a sterlingezüstben a magas hőmérsékleten hevített rezet addig keverik a szintén hevített ezüsttel, amíg az meg nem olvad. A réz az oldott anyag, vagyis az az anyag, amelyik feloldódik az oldószerben. Az ezüst az oldószer.

Az oldat típusát az oldószer halmazállapota határozza meg. Ha az oldódást végző anyag folyadék, akkor az oldatot folyékony oldatnak nevezzük. Ha az oldószer gáz, az oldatot gáznemű oldatnak nevezzük. És jól tippeltél: Egy szilárd oldószer szilárd oldatot képez.

Van néhány tényező, amely általában növeli az oldható oldott anyag mennyiségét. Ha például több cukrot szeretnél feloldani ugyanabban a vízmennyiségben, akkor felmelegítheted a vizet. A cukrot kisebb részecskékre is darálhatod, hogy növeld a felületét, vagy megkeverheted a keveréket.

Azokban az években, amióta sót és cukrot használsz az ételeidhez, valószínűleg észrevetted, hogy minden egyes darab só?ami valójában egy kristály?egy kicsit kisebb, mint egy darab cukor, ami szintén egy kristály.

A probléma, amit ebben a kísérletben megpróbálsz megoldani, az az, hogy a cukor vagy a só oldódik-e gyorsabban, ha különböző folyadékokba kevered. Befolyásolja-e a darabok mérete, hogy milyen gyorsan keverednek a folyadékkal?

Amikor cukrot vagy sót oldasz fel egy folyadékban?mondjuk vízben?az történik, hogy a cukormolekulák úgy mozognak, hogy a víz molekulái közé illeszkedjenek egy pohárban vagy főzőpohárban. Az alábbi ábrán látható, hogyan helyezkednek el a különböző molekulák a tartályban.

Egy oldott anyag, például a cukor, oldószerben, például vízben oldva folyékony oldatot eredményez.

Kísérletetekben látni fogjátok, hogyan mozognak a só- és cukormolekulák különböző folyadékokban, és hogyan oldódnak különböző sebességgel.

A fejezet címe: Só vagy cukor: Which Dissolves Faster in Different Liquids?” (Melyik oldódik gyorsabban különböző folyadékokban?) címet is adhatnád a projekted címének, ha szeretnéd. A következő címek egyikét is megfontolhatod a projektednek:

• A Nagy só vs. cukor oldódási verseny
• A só és a cukor felhasználása az anyagok oldódásának vizsgálatára

Az általad választott név is megfelel. Most szánjunk egy percet arra, hogy átgondoljuk, miért értékes időtöltés ez a projekt.

Mire megy ki a játék?

A kísérlet lényege, amellett, hogy megtanuljuk, hogy a só vagy a cukor oldódik-e gyorsabban különböző folyadékokban, az, hogy megtanuljuk, hogyan lépnek kölcsönhatásba a molekulák egy oldatban.

Amint az előző ábrán is láttad, a vízmolekulák foglalják el a legtöbb helyet a tartályban. De még mindig marad némi szabad hely, ahová a cukor- vagy sómolekulák beférnek. A kísérleteden keresztül megtudhatod, hogy a cukormolekulák milyen gyorsan férnek el ezeken a helyeken, szemben a sórészecskékkel.

Azzal, hogy ezt tudod, jobban megértheted azt a folyamatot, amely egy anyag oldódása során végbemegy.

A kísérletedben a kontroll a víz lesz. A többi folyadék, amelyben a sót és a cukrot feloldod, lesz a változó.

Kísérleted során ne feledd, hogy nagyon fontos, hogy a felhasznált folyadékok hőmérséklete azonos legyen. Azt már megtanultad, hogy a cukor gyorsabban oldódik a meleg folyadékban, mint a hidegben, ezért tudod, hogy nem lenne pontos a kísérlet, ha az általad használt folyadékok egy része meleg, másik része pedig hideg lenne. A folyadék hőmérséklete változóvá válna.

Ezért az összes felhasznált folyadéknak – beleértve a vizet is – szobahőmérsékletűnek kell lennie. Ha általában a hűtőszekrényben tartod őket, mindenképpen hagyd őket egy éjszakán át a pulton állni, amíg mind egyforma hőmérsékletűek lesznek.

Azért, hogy a kísérlet elvégzésénél egy kicsit rugalmasabbak legyetek, kiválaszthatjátok azokat a folyadékokat, amelyekben a cukrot és a sót feloldjátok. Nincs értelme elmenni és további folyadékokat vásárolni, ha már megvan, amire szükséged van.

Just make sure you choose liquids that are different from each other in taste, color, odor, and purpose. You’ll also need to select those that allow you to observe the salt and sugar as it dissolves. If you use milk or orange juice, for example, you won’t be able to watch the salt and sugar dissolve. Some suggestions for liquids to consider are:

• White vinegar
• Club soda
• Ginger ale
• Glass cleaner (such as Windex)
• Lemonade
• Tea or iced tea (each at room temperature)
• Apple juice
• Rubbing alcohol

All of these are commonly found around the house, perhaps saving you a trip to the store.

What Do You Think Will Happen?

Most, hogy tudod, hogyan alakulnak ki az oldatok, és ismered azokat a tényezőket, amelyek befolyásolják a cukor és a só feloldódásának sebességét, meg kell tudnod tippelni, melyik oldódik fel gyorsabban.

Míg a kísérleted utánig nem fogod tudni, hogy a különböző folyadékok tulajdonságai befolyásolják-e a só és a cukor feloldódásának sebességét, azt tudod, hogy a sókristályok általában kisebbek, mint a cukorkristályok. És azt is tudod, hogy a folyadékok hőmérséklete nem lesz tényező a kísérletedben.

Próbáld meg felhasználni a korábbi tapasztalataidat, a fejezetben korábban olvasott információkat és a józan eszedet, hogy egy megalapozott hipotézist állíts fel.

Ne feledd, hogy a hipotézisedet objektív mondatban kell megfogalmaznod, nem pedig kérdésként. Úgyhogy csak rajta, és tippelj, hogy a só vagy a cukor oldódik-e gyorsabban, és kezdjünk hozzá a kísérlethez.

A projekthez szükséges anyagok

A kísérlethez javasolt folyadékok a következők: fehér ecet, szódavíz, gyömbérsör, üvegtisztító, dörzsölő alkohol, almalé, limonádé és tea. Ha a javasolt folyadékok közül egyet vagy többet mással szeretnél helyettesíteni, az sem gond. Csak győződj meg róla, hogy minden folyadék tiszta és szobahőmérsékletű.

Az alább felsorolt anyagmennyiségek elegendőek ahhoz, hogy minden folyadékkal háromszor végezd el a kísérletet. You’ll need:

• 12 clear, plastic cups (10 ounce )
• One permanent marker
• One (1 teaspoon) (5.0 ml) measuring spoon
• One (12 teaspoon) (2.5 ml) measuring spoon
• One (1 cup) (240 ml) measuring cup
• 8 teaspoons (40 ml) salt, divided in 16 (12 teaspoon) portions
• 8 teaspoons (40 ml) sugar, divided in 16 (12 teaspoon) portions
• 48 ounces (1,440 ml) water at room temperature
• 24 ounces (720 ml) each of five different, clear liquids, all at room temperature
• One clock or watch with a second hand
• One clear plastic cup containing eight fluid ounces (240 ml) water at room temperature

Remember to make sure that all liquids are at room temperature.

Conducting Your Experiment

When you’ve gathered all your materials, you’ll be ready to begin your experiment. Csak kövesd az alábbi lépéseket:

1. A műanyag poharak közül hatra írd fel a “só”, a másik hatra pedig a “cukor” feliratot az állandó filccel.
2. Tegyél 1/2 teáskanál (2,5 ml) sót a hat “só” feliratú pohár mindegyikébe.
3. Tegyél 1/2 teáskanál (2,5 ml) cukrot mind a hat “cukor” feliratú pohárba.
4. Adjunk 8 uncia (240 ml) vizet az egyik, sót tartalmazó csészébe és az egyik, cukrot tartalmazó csészébe. Azonnal jegyezd fel a víz hozzáadásának időpontját a következő, “A kísérlet nyomon követése” című fejezetben bemutatott táblázathoz hasonló adattáblára.
5. Figyeld meg, ahogy az oldott anyagok (só és cukor) feloldódnak az oldószerben (vízben). Jegyezd fel az adattáblára azt az időpontot, amikor úgy látod, hogy az egyes oldott anyagok teljesen feloldódtak. Ezek az időpontok valószínűleg nem lesznek azonosak.
6. Számítsd ki az eltelt időt, amely alatt az oldódás megtörtént. Vegyük azt az időpontot, amikor a vizet a poharakhoz adtuk, és az oldódás megkezdődött, és vonjuk le abból az időpontból, amikor az oldódás véget ért. Ez adja meg az összes percet, ami alatt a só és a cukor teljesen feloldódott a folyadékban.
7. Ismételd meg a 4-6. lépést, a víz helyett minden egyes más folyadékot használva.
8. Mossa, öblítse és alaposan szárítsa meg mind a 12 csészét.
9. Ismételje meg a 2-8. lépést még kétszer, összesen három kísérletet végezve mind a hat folyadékkal.
10. Számítsa ki a só és a cukor átlagos oldódási idejét mind a hat folyadékban.

Memlékezz arra, hogy a só és a cukor egyes folyadékokban való feloldódásának átlagos idejét úgy találod meg, hogy összeadod az egyes folyadékokban feljegyzett három időt, majd elosztod hárommal. Az idők elosztásakor kapott szám az átlagos idő.

Kísérleted nyomon követése

Ezt a diagramot használd a cukor és a só feloldódásához szükséges idő rögzítésére.

A következőhöz hasonló diagramokat használhatod az egyes oldószerekre vonatkozó információk rögzítésére. Egyszerűen csak változtasd meg az oldószerek nevét a címben.

Gondoskodj arról, hogy menet közben rögzítsd az időket. Ne hagyatkozzon a memóriájára, hogy később leírja őket. Rengeteg számmal fogsz rendelkezni, mire befejezed a kísérletet.

Az egészet összerakva

Mit vettél észre a só és a cukor oldódási sebességével kapcsolatban? Bebizonyítottad, hogy a hipotézised helyes volt? Vagy helytelennek? Észrevettél valamilyen mintázatot, ahogy a sót és a cukrot a különböző folyadékokhoz adtad? Nyilvánvaló volt, hogy a só jobban és gyorsabban oldódott egyes folyadékokban, mint a cukor? El tudsz képzelni valamilyen okot, amiért ez bekövetkezhetett?

Az oldott anyag és az oldószer kémiai természete szerinted befolyásolta az oldódási sebességet? Használd fel a téma kutatása során gyűjtött információkat, hogy segítsenek megválaszolni ezeket a kérdéseket.

Minél többet tudsz a projektedről, annál jobban tudod majd helyesen elemezni az adataidat és megalapozott következtetést levonni.

További vizsgálat

Amint korábban említettük, a szilárd oldott anyagok oldhatóságát befolyásoló tényezők a következők:

• Az oldószer hőmérsékletének növelése vagy csökkentése
• Az oldott anyag felületének növelése
• Keverés

Ha egy-két lépéssel tovább akarnád vinni ezt a projektet, tervezhetnél egy olyan kísérletet, amely az egyik?vagy esetleg mindezeket a változókat.

Egyszerűen összehasonlíthatod a kockacukor folyadékban való oldódásának sebességét a kristálycukor oldódási sebességével.

Vagy használhatod ugyanazt az oldott anyagot – mondjuk a cukrot – és tesztelheted, hogy az oldat keverése gyorsabban oldódik-e fel. Az oldószer melegítése és hűtése ugyanannak az oldott anyagnak a hozzáadása közben szintén egy lehetőség lenne a további kísérletezésre.

Ha kíváncsi vagy és hajlandó vagy kísérletezni, valószínűleg számos variációt tudsz kitalálni ehhez a projekthez. És mivel a kísérlethez csak közönséges, olcsó anyagokra van szükség, kedvükre kísérletezhetnek.