ЗАВДАННЯ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ
На прикладі аптечного розчину йоду порівняйте розчинність йоду в суміші спирту й води з розчинністю в петролейному ефірі чи бензині.
Молекула йоду є неполярною. За правилом «подібне розчиняється в подібному», розчинність йоду в неполярних розчинниках (петролейному ефірі чи бензині) значно вища, ніж у полярній суміші спирту й води. Під час струшування водно-спиртового розчину йоду з петролейним ефіром відбувається екстракція: неполярний йод переходить у неполярний шар ефіру й забарвлює його в інтенсивний рожево-фіолетовий колір, а водно-спиртовий шар суттєво світлішає.
ЕТАПИ РОБОТИ
I. Організаційний етап
- Мета дослідження: навчитися виділяти цільові речовини з природної рослинної сировини методом екстракції, обґрунтовувати вибір полярного або неполярного розчинника та дослідити процес розділення компонентів суміші.
II. Екстракція (результати спостережень)
| Природний об’єкт | Речовина для екстракції | Полярність речовини | Обраний розчинник | Спостереження (колір розчину після екстракції) |
|---|---|---|---|---|
| Зелене листя рослин | Хлорофіл | Неполярна (малополярна) | Етанол (або петролейний ефір) | Розчин набув насиченого темно-зеленого забарвлення |
| Морква | Каротин | Неполярна | Петролейний ефір (або бензин) | Розчин забарвився в яскравий оранжевий колір |
| Червоноголова капуста / буряк | Антоціани | Полярна | Вода | Розчин набув вишнево-фіолетового забарвлення |
| Насіння соняшника | Рослинні жири (олія) | Неполярна | Петролейний ефір (гексан) | Утворився прозорий розчин із характерним жирним блиском |
III. Видалення розчинника
1) Отриманий рідкий екстракт відфільтрували від залишків рослинних тканин і піску крізь паперовий фільтр.
2) Фільтрат перенесли у порцелянову чашку для випарювання.
3) Обережно видалили розчинник на водяній бані у витяжній шафі та отримали концентровану суху речовину (зелений шар хлорофілу або краплі рослинного жиру).
ДЛЯ ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ РОБОТИ ОБГОВОРІТЬ ПИТАННЯ
1. Чому для екстракції пігментів із листків рослин зразок потрібно не лише подрібнити, а й перетерти з абразивними речовинами?
Перетирання з абразивними речовинами (очищеним річковим піском або порошком кальцій карбонату ) механічно руйнує міцні целюлозні клітинні стінки та мембрани рослинних клітин. Це вивільняє пігменти з клітин у розчин і суттєво збільшує площу контакту між сировиною та розчинником.
2. Які речовини вдалося екстрагувати, а які — ні? Як це визначити?
Вдалося екстрагувати розчинні у відповідних розчинниках сполуки: неполярні пігменти (хлорофіли, каротиноїди) за допомогою органічного розчинника (етанолу або петролейного ефіру), а полярні водорозчинні пігменти (антоціани) — за допомогою води. Не вдалося екстрагувати нерозчинні каркасні полімери клітин (целюлозу, пектини, нерозчинні структурні білки). Це визначають за появою яскравого забарвлення у фільтраті та наявністю нерозчиненого твердого залишку рослинної маси на фільтрі.
3. Яким на вигляд був розчин після екстракції? Чи спостерігали ви розшарування розчинників?
Після фільтрування розчин став прозорим і набув характерного забарвлення екстрагованого пігменту (зеленого, оранжевого чи червоно-фіолетового). Під час використання пари розчинників із різною полярністю та густиною, які не змішуються (наприклад, води й петролейного ефіру), спостерігалося чітке розшарування на два рідкі шари з виразною межею поділу.
4. Чи змінилися колір, запах або інші властивості розчинника після екстракції?
Колір розчинника істотно змінився відповідно до кольору вилучених пігментів. Запах, леткість і густина залишилися властивими вихідному розчиннику, однак з’явився характерний специфічний трав’янистий або рослинний аромат.
5. Якими властивостями речовин пояснюється вибіркове розчинення в різних розчинниках?
Вибіркове розчинення пояснюється будовою молекул, їхньою полярністю і дією правила «подібне розчиняється в подібному». Полярні та йонні речовини добре розчиняються у полярних розчинниках (воді, спирті), а неполярні сполуки переходять у неполярні розчинники (петролейний ефір, бензин).
6. Яке фізичне явище є основою процесу екстракції? Чим екстракція відрізняється від процесів розчинення, фільтрування, відстоювання?
Основою процесу екстракції є дифузія та різна розчинність компонентів суміші в обраному розчиннику.
Відмінності:
- від розчинення: екстракція є вибірковим вилученням окремих компонентів із складної суміші або біологічної тканини, тоді як звичайне розчинення утворює однорідну систему з чистої індивідуальної речовини та розчинника;
- від фільтрування: фільтрування механічно відокремлює тверді нерозчинні частинки від рідини крізь пористий бар’єр, а екстракція переводить потрібну сполуку з однієї фази в іншу у розчиненому стані;
- від відстоювання: відстоювання розділяє компоненти суміші лише під дією сили тяжіння завдяки різниці густин, тоді як екстракція ґрунтується на хімічній спорідненості та вибірковій розчинності речовини в екстрагенті.
7. Як можна оцінити, наскільки повною була екстракція?
Повноту екстракції оцінюють за знебарвленням природного матеріалу та відсутністю нового забарвлення під час обробки сировини свіжою порцією розчинника. Також повноту можна визначити кількісно: за сталою масою сухого залишку, отриманого після повного випарювання розчинника.
8. Як ви вважаєте, чим спричинена різниця забарвлення розчинів йоду: водного, спиртового та в петролейному ефірі? Розташуйте три розчинники за здатністю розчиняти йод.
Різниця забарвлення зумовлена різною взаємодією молекул йоду з молекулами розчинників. У неполярному петролейному ефірі йод перебуває у вільному молекулярному стані без утворення стійких хімічних зв’язків із розчинником, тому розчин має фіолетовий колір (як і пари йоду). У полярних розчинниках (воді та етанолі) виникає сольватація з утворенням молекулярних комплексів та йонів , які зміщують світлопоглинання й забарвлюють розчин у бурий або темно-коричневий колір.
Здатність розчиняти неполярний йод зменшується в ряду: петролейний ефір > етанол > вода.