Запитання
Як видалити плями з одягу, якщо вони мають різний хімічний склад?
Підібрати вибірковий засіб (розчинник) для витягнення (розчинення) конкретного забруднювача із тканини. Для ефективного очищення важливо враховувати хімічну природу плями та властивості розчинника.
Пригадайте інформацію, поміркуйте над запитанням
Що таке істинний розчин?
Істинний розчин — це однорідна суміш змінного складу, утворена з двох і більше компонентів, один з яких називають розчинником, інший — розчиненою речовиною.
Якими способами виражають кількісний склад розчинів?
Кількісний склад розчину виражають у частках від одиниці або у відсотках.
Які чинники (фактори) впливають на розчинність речовин?
Розчинність речовин залежить від природи розчинника й речовини, яка розчиняється, а також від умов розчинення (температури, тиску, концентрації, наявності інших розчинених речовин).
Пригадайте інформацію, поміркуйте над запитанням
Чому багаторазова екстракція є ефективнішою за одноразову?
Багаторазова екстракція є ефективнішою за одноразову, бо вилучає більшу кількість речовини за використання невеликих порцій розчинника.
Робота в групах
Розгляньте мал. 7.2 – 7.4. Які способи розділення суміші на них зображені?
Мал. 7.2: розділення суміші рідин відстоюванням.
Мал. 7.3: розділення суміші фільтруванням.
Мал. 7.4: розділення суміші випарюванням.
Назвіть складові установок та основні етапи розділення суміші різними способами.
Мал. 7.2. Ділильна лійка, кран, конічна колба.
Мал. 7.3. Штатив, фільтр (лійка з фільтрувальним папером), хімічна склянка.
Мал. 7.3. Нагрівальний прилад (спиртівка), штатив, термостійка посудина.
На що вказують стрілочки на малюнках?
Після пропускання неоднорідної суміші рідини і твердої речовини через фільтр частинки твердої речовини (жмих) залишаться на ньому, а рідина пройдуть крізь його пори. Отже, перша стрілка вказує на неоднорідну суміш рідини і твердої речовини, а друга — на тверду речовину (жмих).
Яка з цих установок може бути використана для екстракції? Ділильна лійка.
Пригадайте інформацію, поміркуйте над запитанням
Як можна розділити неоднорідну суміш твердої речовини та рідини або двох рідин, які не змішуються?
Неоднорідну суміш твердої речовини та рідини можна розділити фільтруванням, а двох рідин, які не змішуються між собою, — відстоюванням за допомогою ділильної лійки.
Як користуватися ділильною лійкою?
1. Закріпіть ділильну лійку в штативі.
2. Розмістіть конічну колбу під лійкою.
3. Перелийте досліджувану суміш у лійку та залишіть її в спокої на деякий час.
4. Обережно відкрийте кран і злийте нижній шар суміші в конічну колбу, після чого перекрийте кран.
Пригадайте інформацію, поміркуйте над запитанням
Чи можна вважати чай або компот розчинами? Чому?
Чай або компот можна вважати розчинами, бо їх приготування є одним із способів екстракції, а саме способом приготування розчинів. Під час екстракції розчинні речовини (амінокислоти, солі тощо) з чайного листя чи розчинні речовини (вітаміни, органічні кислоти тощо) переходять у воду і в результаті утворюється однорідний розчин (екстракт), що містить корисні розчинені речовини.
Які речовини переходять у воду під час приготування бульйону? Екстрактивні речовини (креатин, креатинін, карнозин, пуринові основи тощо), білки, жири, мінеральні речовини.
Робота в парі
Розгляньте табл. 7.1. Обговоріть з однокласником/однокласницею, чи використовували ви екстракти в повсякденному житті. Якщо так, то що було сировиною, а що – розчинником?
| Приклади екстракції | Сировина | Розчинник |
| Приготування чаю | чайне листя | гаряча вода |
|
Заварювання кави в кавомашинці |
зерна кави
|
водяна пара під тиском |
|
Приготування м'ятного відвару |
листя м'яти
|
гаряча вода
|
|
Виведення жирної плями |
жирний забруднювач |
очищений бензин чи тетрахлорометан |
|
Виведення плями від трави чи листя |
забруднювач від трави чи листя |
спирт
|
| Маринування продуктів | спеції | олія |
Пригадайте інформацію, поміркуйте над запитанням
Чи впливають температура, час, ступінь подрібнення сировини на швидкість і повноту екстракції?
Подрібнення, яке збільшує поверхню контакту з екстрагентом, час та температура для перемішування речовини, що екстрагується, з глибини твердої частини в розчинник шляхом дифузії, впливають на швидкість і повноту екстракції.
Отриманий екстракт – істинний розчин?
Так, бо є розчином добутих компонентів в селективному (вибірковому) розчиннику.
Робота в групах
Галузь. Виробництво рослинних олій.
Ваше завдання:
описати, на яких етапах виробництва чи досліджень використовують екстракцію;
Виробництво полягає у вилученні з умісту насінин олій — таку загальну назву мають жири рослинного походження. Процес екстракції олії з подрібненої олієвмісної сировини здійснюється у спеціальних апаратах — екстракторах.
пояснити, які речовини вилучаються, з яких матеріалів і за допомогою яких розчинників;
Одним з найпоширеніших способів виробництва олії, що набув промислових масштабів, є екстракція за участю органічного розчинника — гексана.
зазначити, яке значення має цей етап у технологічному процесі;
Екстракція гексаном дозволяє вилучити максимальну кількість олії з сировини (насінин соняшнику, сої, ріпака, арахісу, кісточок оливок тощо).
додати пропозицію щодо модернізації або вдосконалення цього процесу.
Робота в групах (досліджуємо ...)
І. Екстракція кофеїну з чаю
Формулюємо гіпотезу, як екстрагувати кофеїн з одержаного настою.
Кофеїн краще розчиняється в органічному розчиннику, ніж у воді, тому екстрагувати кофеїн з одержаного настою можна олією або етилетаноатом в ділильній лійці.
Складаємо план експерименту
1. Заварюємо чай.
2. Складаємо установку для фільтрування та фільтруємо настій, вилучаючи таким чином тверді частинки.
3. Додаємо кілька крапель розчину натрій гідроґенкарбонату NaHCO3 з масовою часткою солі 5% для видалення дубильних речовин.
4. Додаємо 15-20 мл етилетаноату.
5. Енергійно струшуємо в ділильній лійці і чекаємо відокремлення шарів.
6. Обережно відкриваємо кран і зливаємо нижній шар суміші в конічну колбу, після чого перекриваємо кран.
Дай відповідь на запитання
7. Чи вдалося розділити суміш?
Так, суміш вдалося розділити.
Який компонент суміші залишився в лійці? Етилетаноат, а якому розчинений кофеїн.
Чому? Етилетаноат має меншу густину, ніж вода, тому міститься у верхньому шарі ділильної лійки.
Проаналізуйте причини невдач, якщо вони були.
Причинами невдач може бути недостатнє струшування суміші або розділення суміші ділильною лійкою зарано, не дочекавшись появи межі розділення шарів.
8. Зробіть висновок. Кофеїн з чаю екстрагується органічним розчинником (етилетаноатом).
Який спосіб ви б обрали для одержання кофеїну у вигляді порошку на останньому етапі?
Спосіб випарювання розчинника на водяній бані у витяжній шафі.
ІІ. Прогнозування можливості видалення плям різними розчинниками
1. Гіпотеза. Плями полярних речовин краще видаляються полярними розчинниками (вода, спирт, мильний розчин), а плями неполярних речовин — неполярними розчинниками (очищений бензин).
2. Випробуйте різні розчинники (воду, спирт, мильний розчин, оцет та інші). Результати презентуйте у вигляді таблиці.
|
Плями й рекомендовані розчинники |
||
|
Тип плями |
Хімічна природа (полярна/неполярна речовина, розчинна у…) |
Рекомендований розчинник |
| Жир, масло | неполярні речовини, розчинні в бензині | очищений бензин |
| Кава, чай | полярні речовини, розчинні у воді | мильний розчин |
| Чорнило | полярна речовина, розчинні в спирті | спирт |
| Кров | полярна речовина, розчинні в холодній воді | холодна вода |
| Фарба, лак | неполярні речовини, розчинні в бензині | очищений бензин |
| Трава | полярна речовина, розчинний в спирті | спирт |
3. Дайте відповіді на запитання.
Який розчинник найкраще видаляє конкретну пляму?
Плями полярних речовин (кава і чай, чорнило і трава, кров) найкраще видаляють полярні розчинники (мильний розчин, спирт, холодна вода), а плями неполярних речовин (жир і масло, фарба і лак) — неполярний розчинник (очищений бензин).
Чому один розчинник ефективно видаляє жир, а інший — чорнило чи траву?
Ефективність видалення плями залежить від хімічної природи плями та властивості розчинника. Тому плями неполярних речовин (жир, масло) краще видаляються неполярним розчинником (очищений бензин), а плями полярних речовин (чорнило, трава) — полярним розчинником (спирт).
Чи можливо використовувати комбінацію розчинників або додаткові речовини та умови?
Можлива комбінація розчинників: вода з милом, пральні засоби, що містять ферменти.
4. Підтверджено чи спростовано вашу гіпотезу?
Нашу гіпотезу підтверджено.
Сформулюйте висновки за власними спостереженнями.
Плями неполярних речовин краще видаляти неполярними розчинниками, а плями полярних речовин — полярними розчинниками.Розробіть рекомендації щодо вибору розчинників для ефективного видалення плям.
Виводити пляму відразу, беручи до уваги хімічну природу речовини забруднення і тип розчинника. Перевірити дію розчинника на невеликій ділянці плями, а обробляти пляму від краю до центру.
Пояснюємо, творимо, використовуємо в житті
Завдання 1
Екстракція — це процес вилучення із суміші (розчину) одного або кількох розчинених компонентів за допомогою іншого розчинника.
Екстрактивні речовини — це речовини, які вилучають із сировини (рослинної, тваринної) за допомогою екстрагента (розчинника).
Екстрагент — це вибірковий (селективний) розчинник для екстрагування окремих компонентів із рідких сумішей (наприклад, водних розчинів).
Завдання 2
Які типи речовин вилучають за допомогою екстракції?
Тверді речовини або рідини.
Які рідини найчастіше використовують як екстрагенти?
Вода, етанол, бензен, тетрахлорометан, хлороформ.
Чому екстракція є ефективним методом розділення сумішей?
Екстракція дає змогу вибірково вилучати потрібні біологічно активні речовини з суміші сировини, залишаючи інші в початковій суміші.
Яка умова повинна виконуватися для ефективного проведення екстракції між двома рідинами?
Рідини мають не змішуватися між собою, а речовина має значно краще розчинятися в екстрагенті, ніж у вихідному розчиннику.
Як за допомогою екстракції можна очистити стічні води?
Стічну воду змішують з органічним екстрагентом, що не змішується з водою, але в якому розчиняються забруднювачі.
Як виділити кофеїн із суміші з водою?
Екстрагувати органічним розчинником, наприклад, етилетаноатом у ділильній лійці, відокремити органічний шар (кофеїн міститься в ньому) і способом випарювання отримати кофеїн.
Завдання 3
Поясніть, чому для приготування чаю використовують гарячу воду.
Чим більша температура води, тим швидше відбувається екстракція і менше часу треба чекати на чашку чаю.
Завдання 4
Наведіть приклади екстрагентів.
Вода, спирт (етанол), водно-спиртові суміші, зріджений вуглекислий газ, різноманітні органічні розчинники: жир, бензен, тетрахлорометан, дихлороетан, бензин, хлороформ, діетиловий етер.
Завдання 5
Наведіть приклади процесів екстракції з повсякденного життя.
Приготування чаю, заварювання кави, виведення плям з одягу, приготування відварів, настоянок.
Завдання 6
Наведіть приклади застосування екстракції для приготування страв і виділення лікарських препаратів.
Страви: чай, кава, узвар, бульйон, олія, апельсиновий екстракт.
Ліки: настоянка календули, настоянка ехінацеї, настоянка глоду, настоянка з саліцилатами з кори верби, кофеїн, спиртова настоянка з ментолом із м'яти.
Харчові продукти, що містять вітамін А, готують і споживають із жирними продуктами (олія, сметана).
Маринуючи м'ясо, додають олію для розчинення ефірних олій зі спецій, для утворення запахів та смаків.
Завдання 7
Запропонуйте спосіб екстракції ефірної олії з м’яти.
Натуральні ефірні олії з м’яти отримують перегонкою з водяною парою (парова дистиляція). Під впливом високої температури і пари леткі ароматичні сполуки (зокрема ментол) звільняються з рослинної сировини та переходять у пароподібний стан. Конденсацією суміш пари й олії охолоджується, а відстоюванням, отримана охолоджена рідина, розділяється на ароматичну воду та чисту ефірну олію, оскільки олія не змішується з водою.
Завдання 8
Знайдіть у домашній аптечці або на кухні засоби, виготовлені з використанням процесу екстракції (настоянки, спеції, чай, кава, аромаолії). Опишіть 2 приклади (укажіть екстрагент, екстрактивну речовину, сфери застосування) і презентуйте в класі.
| Приклади екстракції | Екстрагент | Екстрагентна речовина | Сфери застосування |
|
Олія соняшникова |
гексан
|
насіння соняшника
|
Харчова промисловість |
| Чай |
гаряча вода |
чайне листя
|
Громадське харчування |
|
Кава в кавомашині |
водяна пара |
зерна кави
|
Побут, громадське харчування |
|
Апельсинова цедра |
спирт
|
шкіра лимона
|
Кулінарія, кондитерська справа |
|
Настоянки, відвари |
спирт, вода |
листя, квітки, корені рослинної сировини |
Побут, фармація, медицина |
Завдання 9
Ацетилсаліцилова кислота C9H8O4 входить до списку основних лікарських засобів Всесвітньої організації охорони здоров’я. Як лікарський засіб широко відома у світі під запатентованою торговою маркою «Аспірин» фірми «Bayer». Обчисліть відносну молекулярну масу ацетилсаліцилової кислоти, масову частку (%) кожного елемента, маси (г) Карбону, Оксиґену та Гідроґену, які містяться в одній таблетці аспірину (вміст діючої речовини 500 мг).
Відомо: m(С9H8O4)=500 мг
Знайти: Mr(С9H8O4)-?, ω(C)–?, ω(H)–?, ω(O)–?, m(C)–?, m(H)–?, m(O)–?
Розв'язання
1. Обчислюємо відносну молекулярну масу.
Mr(С9H8O4) = 9Ar(С)+8Ar(Н)+4Ar(О)=9•12+8•1+4•16 = 108 + 8 + 64 =180
2. Обчислюємо масову частку кожного елемента.
ω(С) = 9 • Ar(C) : Mr(С9H8O4) = 9 • 12 : 180 = 108 : 180 = 0,6, або 60%
ω(H) = 8 • Ar(H) : Mr(С9H8O4) = 8 • 1 : 180 = 8 : 180 = 0,04, або 4%
ω(O) = 4 • Ar(O) : Mr(С9H8O4) = 4 • 16 : 180 = 64 : 180 = 0,36, або 36%
3. Обчислюємо масу кожного елемента.
m(С) = ω(С) • m(С9H8O4) = 0,6 • 500 мг= 300 г
m(Н) = ω(Н) • m(С9H8O4) = 0,04 • 500 мг= 20 г
m(О) = ω(О) • m(С9H8O4) = 0,36 • 500 мг= 180 г
Відповідь: Mr(С9H8O4) = 180, ω(С) = 60%, ω(H) = 4%, ω(O) = 36%, m(С) = 300 г,
m(Н) = 20 г, m(О) = 180 г.
Завдання 11
Складіть ментальну карту «Екстракція».
|
Етап 2. Розчинення екстрактивних речовин в екстрагенті. |
||
|
Етап 1. Проникнення екстрагента в пори твердого матеріалу або в розчин. |
Екстракція — процес вилучення із суміші (розчину) одного або кількох розчинених компонентів за допомогою іншого розчинника. |
Етап 3. Переміщення екстрактивної речовини з твердої частини в розчинник шляхом дифузії. |
|
Етап 4. Отримання екстракту. |
Виконайте один із запропонованих домашніх експериментів (на вибір). Зробіть фото– або відеозвіт і презентуйте його в класі.
1) Екстракція пігменту хлорофілу з листя зелених рослин. Подрібніть зелене листя. Додайте етанол, витримайте 10–15 хв, перемішуючи. Відфільтруйте. Зелений колір екстракту вказує на наявність хлорофілів. Які чинники ви врахуєте для ефективної екстракції?
Подрібнення листя, використання етанолу в якості екстрагента, час і перемішування для повноти екстракції твердої частини в розчинник шляхом дифузії — чинники для ефективної екстракції пігменту хлорофілу з листя зелених рослин.
2) Екстракція вітаміну C з апельсина або шипшини. Подрібніть сировину, залийте невеликою кількістю води. Відфільтруйте настій. Додайте розчин йоду. Знебарвлення розчину йоду свідчитиме про наявність вітаміну С.
3) Екстракція каротиноїдів з моркви. Натерту моркву залийте спиртом. Витримайте 10–15 хвилин, час від часу перемішуючи. Оранжеве забарвлення розчину вказує на наявність β–каротинів.
Перевірте себе
Завдання 1
Процес вилучення одного або декількох компонентів із сумішей селективним розчинником
а) диспергування
б) кристалізація
в) екстракція
г) конденсація
ґ) випарювання
Завдання 2
Екстракція — це
а) процес кипіння рідини
б) вилучення речовини з одного розчинника іншим
в) випаровування розчинника
г) очищення суміші від твердих домішок
Завдання 3
У процесі екстракції речовину вилучають
а) у розчинник, у якому вона практично не розчинна
б) у розчинник, у якому вона добре розчиняється
в) у твердий осад
г) у газуватий стан
Завдання 4
Для екстракції органічних речовин найчастіше використовують розчинник
| а) вода | б) спирт | в) бензин | г) сіль |
Знайдіть і виправте помилки, якщо вони є в даних твердженнях:
1) Перехід речовини, яка екстрагується, з одного розчинника в другий відбувається внаслідок необмеженої різниці концентрацій і неоднакової розчинності цієї речовини в обох розчинниках.
2) Йод краще гірше розчиняється у воді, ніж у спирті.
3) Прання білизни — це приклад побутової екстракції.
4) Екстракцію використовують для отримання ліків із рослинної сировини.