Progetti scientifici per principianti: Chimica
Chimica
Sale o zucchero: Quale si scioglie più velocemente in diversi liquidi
Le soluzioni non sono altro che miscele di diversi composti o elementi. Si incontrano soluzioni ogni giorno senza nemmeno rendersene conto.
Anche l’aria che respiri, che contiene acqua, è una soluzione di un liquido e un gas. Se hai bevuto una bibita oggi, in realtà hai bevuto una soluzione di un gas sciolto in acqua aromatizzata. Se indossi un braccialetto d’argento, stai indossando una soluzione di due metalli.
In questo esperimento, lavorerai con una soluzione liquida, che è uno dei tre tipi di soluzioni. Gli altri tipi sono le soluzioni gassose e le soluzioni solide.
Cosa sembra essere il problema?
Un soluto è la sostanza – solida, liquida o gassosa – che viene dissolta. Un solvente, che può anche essere un solido, un liquido o un gas, è la sostanza che si dissolve. Una soluzione è una miscela uniforme di un soluto (di solito un solido) dissolto in un solvente (di solito un liquido).
Quando mescolate un cucchiaio di zucchero in un bicchiere d’acqua, state formando una soluzione. Questo tipo di soluzione liquida è composta da un soluto solido, che è lo zucchero, e un solvente liquido, che è l’acqua. Quando le molecole di zucchero si diffondono uniformemente nell’acqua, lo zucchero si dissolve.
Miscelando un liquido in un gas si forma un altro tipo di soluzione, chiamata soluzione gassosa. Un esempio di questo tipo di soluzione è l’umidità. L’umidità è acqua (un liquido) disciolta in aria (un gas).
Pensa a come una zolletta di zucchero si scioglie in acqua, rispetto a una confezione di zucchero sciolto. La zolletta si scioglie più lentamente perché meno molecole di zucchero sono inizialmente in contatto con l’acqua.
In una soluzione solida, come l’argento sterling, il rame che è stato riscaldato ad alte temperature è mescolato con l’argento che è stato anch’esso riscaldato fino a sciogliersi. Il rame è il soluto, che è la sostanza che si dissolverà nel solvente. L’argento è il solvente.
Il tipo di soluzione è determinato dallo stato della materia del solvente. Se la sostanza che si scioglie è un liquido, la soluzione si chiama soluzione liquida. Se il solvente è un gas, la soluzione si chiama soluzione gassosa. E avete indovinato: Un solvente solido formerà una soluzione solida.
Puoi controllare le dimensioni dei cristalli di sale e di zucchero al microscopio o con una lente di ingrandimento, che ti permetterà anche di vedere le loro forme. Se disegni quello che vedi, usando una matita in modo da poter illustrare le ombreggiature, potresti includere l’illustrazione come parte della tua esposizione finale del tuo progetto di fiera della scienza.
Ci sono alcuni fattori che generalmente aumentano la quantità di soluto che può essere sciolto. Se vuoi sciogliere più zucchero nella stessa quantità d’acqua, per esempio, potresti riscaldare l’acqua. Si potrebbe anche macinare lo zucchero in particelle più piccole per aumentare la sua superficie, o si potrebbe mescolare la miscela.
Negli anni in cui avete usato sale e zucchero sui vostri cibi, avrete probabilmente notato che ogni pezzo di sale?che in realtà è un cristallo, è un po’ più piccolo di ogni pezzo di zucchero, che è anch’esso un cristallo.
Una molecola è costituita da due o più elementi combinati chimicamente. Una molecola di sale contiene sodio e cloro, che sono chimicamente combinati per fare cloruro di sodio. La formula chimica di questo sale è NaCl. Una molecola di zucchero contiene carbonio, idrogeno e ossigeno. La formula chimica dello zucchero è C12H22O11.
Il problema che cercherai di risolvere in questo esperimento è se lo zucchero o il sale si dissolvono più velocemente quando vengono mescolati in vari liquidi. La dimensione dei pezzi influenza la velocità con cui si mescolano al liquido?
Quando sciogli lo zucchero o il sale in un liquido, ad esempio l’acqua, ciò che accade è che le molecole di zucchero si muovono per inserirsi tra le molecole di acqua all’interno di un bicchiere o di un becher. L’illustrazione qui sotto mostra come le diverse molecole sono disposte nel contenitore.
Nel tuo esperimento, vedrai come le molecole di sale e di zucchero si muovono all’interno di liquidi diversi e si dissolvono a velocità diverse.
Il titolo di questa sezione, “Sale o zucchero: Which Dissolves Faster in Different Liquids?” potrebbe servire come titolo del tuo progetto, se vuoi. Potresti anche considerare uno dei seguenti titoli per il tuo progetto:
- The Great Salt vs. Sugar Dissolving Contest
- Using Salt and Sugar to Explore How Substances Dissolve
Qualunque nome tu scelga va bene. Prendiamoci un minuto ora per considerare perché questo progetto è un uso prezioso del tuo tempo.
Qual è il punto?
Quando c’è un ampio spazio tra le molecole di un solvente, si dice che il solvente è insaturo. Quando un sacco di soluto è stato dissolto nel solvente, ma c’è ancora dello spazio tra le molecole, la soluzione è concentrata. Quando in un solvente non si può sciogliere assolutamente più soluto, la soluzione è satura.
E quando l’eccesso di soluto è stato sciolto riscaldando la soluzione, si dice che è supersatura.
Lo scopo di questo esperimento, oltre a imparare se il sale o lo zucchero si sciolgono più velocemente nei vari liquidi, è di imparare come le molecole interagiscono in una soluzione.
Come hai visto nell’illustrazione precedente, le molecole d’acqua occupano la maggior parte dello spazio nel contenitore. Ma c’è ancora dello spazio disponibile in cui le molecole di zucchero o di sale possono stare. Attraverso il tuo esperimento, imparerai quanto velocemente le molecole di zucchero si inseriscono in quegli spazi, rispetto alle particelle di sale.
Conoscere questo ti aiuterà a capire meglio il processo che avviene quando una sostanza si dissolve.
Il controllo nel tuo esperimento sarà l’acqua. Gli altri liquidi in cui scioglierete sale e zucchero saranno le variabili.
| Controlli: | Solvente? acqua |
| Soluti?zucchero, sale | |
| Variabili: | Cinque diversi liquidi chiari (possono essere colorati) |
Ricorda, quando conduci il tuo esperimento, che è molto importante che i liquidi che usi abbiano tutti la stessa temperatura. Hai già imparato che lo zucchero si scioglie più velocemente in un liquido caldo che in uno freddo, quindi sai che non sarebbe un esperimento accurato se alcuni dei liquidi che usi sono caldi e altri sono freddi. La temperatura del liquido diventerebbe una variabile.
Quindi, tutti i liquidi che usi, compresa l’acqua, dovrebbero essere a temperatura ambiente. Se normalmente li tieni in frigo, assicurati di lasciarli fuori sul bancone durante la notte fino a che non siano tutti alla stessa temperatura.
Per darti un po’ più di flessibilità quando fai l’esperimento, puoi scegliere i liquidi in cui sciogliere lo zucchero e il sale. Non ha senso andare a comprare altri liquidi se hai già quello che ti serve.
Non dare per scontato che i liquidi che sono rimasti in diverse zone della casa abbiano la stessa temperatura. Una bottiglia di soda che è stata in garage, per esempio, può essere di diversi gradi più fredda dell’alcool per strofinare dall’armadio del bagno, o del succo di mela dalla dispensa della cucina. Assicuratevi di avere tutti i liquidi nella stessa posizione in modo che raggiungano la stessa temperatura ambiente. If you don’t, the results of your experiment won’t be valid.
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?
Ora che sai come si formano le soluzioni e alcuni dei fattori che influenzano la velocità con cui lo zucchero e il sale che userai si dissolveranno, dovresti essere in grado di fare una buona ipotesi su quale si dissolverà più velocemente.
Se non hai fatto questo esperimento prima, non saprai se i liquidi che userai saranno un fattore di dissoluzione del sale e dello zucchero. Questo rende più difficile formulare un’ipotesi, ma non preoccuparti. Che la tua ipotesi si riveli corretta o meno, non influisce sulla validità o sul risultato del tuo esperimento.
Anche se non saprai fino a dopo il tuo esperimento se le proprietà dei diversi liquidi che sceglierai influiranno sulla velocità con cui il sale e lo zucchero si dissolvono, sai che i cristalli di sale sono generalmente più piccoli di quelli di zucchero. E sai che la temperatura dei liquidi non sarà un fattore nel tuo esperimento.
Cerca solo di usare le tue esperienze passate, le informazioni che hai letto prima in questa sezione, e il tuo buon senso per formulare un’ipotesi valida.
Ricorda che la tua ipotesi deve essere dichiarata come una frase oggettiva, non come una domanda. Quindi vai avanti e fai la tua ipotesi se il sale o lo zucchero si scioglieranno più velocemente, e iniziamo l’esperimento.
Materiali di cui avrai bisogno per questo progetto
Alcuni liquidi suggeriti per l’uso in questo esperimento sono aceto bianco, club soda, ginger ale, detergente per vetri, alcol, succo di mela, limonata e tè. Se vuoi sostituire un altro liquido con uno o più di quelli suggeriti, va bene. Basta essere sicuri che tutti i liquidi siano chiari e a temperatura ambiente.
Le quantità di materiali elencati di seguito sono sufficienti per condurre l’esperimento tre volte con ogni liquido. 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. Segui questi passi:
Tieni in vista una tazza di acqua normale in modo da poterla confrontare con quelle contenenti sale e zucchero. Sarà interessante osservare come l’aspetto dei liquidi cambia man mano che il sale e lo zucchero si dissolvono.
Ci vorrà un po’ di tempo perché lo zucchero e il sale si dissolvano. Per ottenere i migliori risultati, non mescolare le soluzioni, perché così facendo si presenterà un’ulteriore variabile. Se dovete mescolare, allora mescolate ogni soluzione tre volte, e fermatevi. Mescolate solo dopo aver notato che c’è del soluto sul fondo di ciascuno dei due contenitori. Mescolare le soluzioni in modo non uniforme renderà il tuo esperimento non valido.
- Usando il pennarello permanente, scrivi “sale” su sei dei bicchieri di plastica e “zucchero” sugli altri sei.
- Mettete 1/2 cucchiaino (2,5 ml) di sale in ognuno dei sei bicchieri etichettati come “sale”.
- Mettete 1/2 cucchiaino (2,5 ml) di zucchero in ognuna delle sei tazze etichettate come “zucchero”.
- Aggiungi 8 once (240 ml) di acqua in una tazza contenente il sale e una tazza contenente lo zucchero. Registrate immediatamente il tempo in cui l’acqua è stata aggiunta su un grafico di dati simile a quello mostrato nella prossima sezione, “Tenere traccia del vostro esperimento”.
- Osserva il soluto (sale e zucchero) sciogliersi nel solvente (acqua). Registrate sul grafico dei dati il tempo in cui vi sembra che ogni soluto si sia completamente sciolto. Questi tempi probabilmente non saranno gli stessi.
- Calcolate il tempo trascorso durante il quale la dissoluzione è avvenuta. Prendete il tempo in cui l’acqua è stata aggiunta alle tazze e la dissoluzione è iniziata, e sottraetelo dal tempo in cui la dissoluzione è finita. Questo ti dà i minuti totali che ci sono voluti perché il sale e lo zucchero si sciogliessero completamente nel liquido.
- Ripetete i passi da 4 a 6, usando ogni liquido diverso al posto dell’acqua.
- Lava, risciacqua e asciuga accuratamente ognuna delle 12 tazze.
- Ripeti i passi da 2 a 8 altre due volte, per un totale di tre prove per ognuno dei sei liquidi.
- Calcolate un tempo medio di dissoluzione per il sale e lo zucchero in ognuno dei sei liquidi.
Ricorda che per trovare il tempo medio impiegato dal sale e dallo zucchero per sciogliersi in ogni liquido, aggiungi i tre tempi registrati per ciascuno, poi dividili per tre. Il numero che ottieni dividendo i tempi è il tempo medio.
Tenere traccia del tuo esperimento
I grafici come quello seguente possono essere usati per registrare le informazioni per ogni solvente. Basta cambiare i nomi dei solventi nell’intestazione.
Assicurati di registrare i tempi man mano che vai avanti. Non dipendere dalla tua memoria per scriverli in seguito. Avrai un sacco di numeri quando finirai il tuo esperimento.
Mettere tutto insieme
Cosa hai notato riguardo ai tassi di dissoluzione del sale e dello zucchero? Hai dimostrato che la tua ipotesi è corretta? O errata? Hai potuto rilevare qualche tipo di schema mentre aggiungevi il sale e lo zucchero ai vari liquidi? Era ovvio che il sale si dissolveva meglio e più velocemente in alcuni liquidi rispetto allo zucchero? Riesci a pensare a qualche ragione per cui ciò possa essere accaduto?
Pensi che la natura chimica del soluto e del solvente abbia influenzato la velocità di dissoluzione? Usa le informazioni che hai raccolto quando hai ricercato il tuo argomento per aiutarti a rispondere a queste domande.
Più cose sai sul tuo progetto, meglio sarai in grado di analizzare correttamente i tuoi dati e arrivare a una conclusione valida.
Altre indagini
Come detto prima, i fattori che influenzano la solubilità dei soluti solidi sono:
- Aumento o diminuzione della temperatura del solvente
- Aumento dell’area superficiale del soluto
- Accelerazione
Se voleste fare un passo avanti in questo progetto, potreste progettare un esperimento che verifichi una?o forse tutte queste variabili.
Si potrebbe facilmente confrontare la velocità con cui le zollette di zucchero si dissolvono in un liquido con la velocità di dissoluzione dello zucchero granulato.
O si potrebbe usare lo stesso soluto, ad esempio lo zucchero, e verificare se agitando la soluzione si dissolve più velocemente. Anche riscaldare e raffreddare il solvente mentre si aggiunge lo stesso soluto sarebbe una possibilità per ulteriori esperimenti.
Se sei curioso e disposto a sperimentare, probabilmente puoi pensare a molte variazioni per questo progetto. E, poiché l’esperimento richiede solo materiali comuni e poco costosi, dovresti essere in grado di sperimentare a tuo piacimento.
Escritto da The Complete Idiot’s Guide to Science Fair Projects 2003 di Nancy K. O’Leary e Susan Shelly. Tutti i diritti riservati, compreso il diritto di riproduzione totale o parziale in qualsiasi forma. Usato in accordo con Alpha Books, un membro di Penguin Group (USA) Inc.
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