ساختار مولکولی نوشابه یکی از جالب ترین مواد آزمایشگاهی است که می توان با استفاده از آن آزمایشات جالبی برای دانش آموزان انجام داد. برای شناخت ساختار مولکولی نوشابه می توان آزمایش نوشابه و نمک را با این مواد طراحی کرد. مولکول های موجود در این ماده با پیوندهای واندروالسی در کنار هم قرار گرفته اند. این ساختار مولکولی به سادگی از بین نمی رود و مانع از فرار مولکول ها از ساختار این ماده می شوند.
به این ترتیب اجرای یک آزمایش با نمک جذابیت بسیار زیادی خواهد داشت. چرا که نمک برای فرار مولکول های به کار رفته در نوشابه یک ماده مؤثر شناخته می شود. سدیم کلرید همواره پیوندهای موجود بین مولکول های نوشابه را از بین می برد.
حلالیت گاز و یون مایع
در آزمایش نوشابه و نمک بیش از هر چیز به بررسی حلالیت بین گاز و یون مایع پرداخته می شود. در این آزمایش مواد و متریال گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرند. این آزمایش ترکیبات مولکولی خاصی را در ساختار مایع نوشابه مشخص می کند. در این فرایند از ساده ترین مواد استفاده می کنند که سبب سهولت در انجام کار آزمایشگران خواهد شد. دانش آموزان با استفاده از این آزمایش با ساختار مواد و مولکول های به کار رفته در هر ماده بیشتر آشنا می شوند. برای اجرای این آزمایش تنها به نمک و نوشابه گازدار سرد نیاز خواهید داشت.
مراحل انجام آزمایش بررسی حلالیت گاز و یون مایع
در هر یک از مراحل آزمایش نوشابه و نمک فرایند خاصی با استفاده از مواد موجود طی می شود. بهتر است در حین اجرای این فرایند در کنار دانش آموزان باشید و آن ها را برای کسب تجربیات بیشتر ترغیب کنید. در بخش ابتدایی کار پیش از نتیجه گیری های رایج ابتدا نمک در نوشابه حل می شود. حتماً تا به حال به فورانی حباب های ساخته شده در سطح نوشابه دقت کرده اید! این حباب ها ناشی از حلالیت گاز و یون مایع هستند و در اثر ریختن سدیم کلرید در میان پیوندهای مولکولی نوشابه ایجاد می شوند.
نتیجه آزمایش حل کردن نمک در نوشابه
در اجرای این فرایند آزمایشی پیش از هر چیز به استفاده از تکنیک اشباع برای تزریق گاز در نوشابه پی برده می شود. سرد بودن مایع نوشابه نیز در فرایند آزمایش حلالیت گاز و یون مایع تأثیر به سزایی بر جای می گذارد. به این ترتیب اولین نتیجه آزمایش فوق حاصل می شود. این آزمایش عملکرد مولکول های به کار رفته در نوشابه را در برابر دمای پایین و بالا بررسی می کند. تجمع حباب ها در این آزمایش پس از افزودن سدیم کلرید بیشتر در سطح مایع مورد نظر انجام می شود.
شما می توانید این حباب ها را در بخش های مختلف ظروف نوشابه مشاهده کنید. پیوندهای یون دو قطبی نیز در این میان مورد توجه قرار می گیرند که بخشی از ساختار مولکولی مربوط به این ماده را تشکیل می دهد.
چه ترکیبات دیگری برای انجام این آزمایش قابل استفاده هستند؟
برای انجام آزمایش نوشابه و نمک از مواد متعددی استفاده می شود. ترکیبات به کار رفته در مواد مختلف برای انجام این آزمایش باید برای فرار مولکولی ذرات نوشابه مناسب باشند. در این خصوص می توان از هر ترکیب بلوری استفاده کرد. ترکیبات یونی مختلف نیز در ساختار هر یک از این مواد مشاهده می شوند. شما می توانید هر یک از این مواد را برای فرار مولکول های بین ذرات نوشابه به کار ببرید و می توانید این مواد را به یک باره یا در چند مرحله در مایع نوشابه بریزید.
میزان دمای نوشابه چه تأثیری در نتیجه کار دارد؟
میزان دمای نوشابه یکی از اساسی ترین بخش های آزمایش فوق را تشکیل می دهد. در روند انجام این آزمایش باید حتماً از نوشابه سرد استفاده کنید. اما برای مشاهده تفاوت های بین این روش های آزمایشی حتماً از آب گرم نیز یک بار استفاده کنید. آب گرم تأثیر خاصی بر روی ذرات مولکولی نوشابه بر جای می گذارد. هر یک از این حالت ها برای بررسی میزان خروجی حباب از مایع نوشابه امتحان می شود.
میزان حباب خروجی در حال سرد نوشابه بسیار بیشتر از میزان حباب خروجی در حالت گرم است. به همین خاطر دمای این مایع در زمان انجام آزمایش از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در دمای کم میزان حباب حل شده در این مایع بیشتر از دمای بالا است. به همین سبب حباب ها در نوشابه سرد بیشتر مشاهده خواهند شد.
آیا می توان جرم گاز خارج شده را بررسی کرد؟
در این آزمایش انجام برخی محاسبات نیز روند انجام کار را حرفه ای تر می کند. این محاسبات اولیه می توانند نتیجه حرفه ای تری از انجام این فرایند آزمایشگاهی حاصل کنند. به این ترتیب بهتر است در این خصوص به اندازه گیری های مربوطه نیز دقت داشته باشید. در خصوص جرم گاز باید از روش های محاسباتی خاصی استفاده شود. ترازوهای دقیق آزمایشگاهی یک وسیله سنجش مناسب برای این منظور به شمار می روند. شما می توانید با استفاده از این ابزارهای ساده وزن اولیه گاز را به دست آورید. این ترازوها روش کار ساده ای دارند و در محیط های آزمایشگاهی به وفور یافت می شوند.
پس از محاسبه وزن دقیق نوشابه با استفاده از ترازوهای دقیق آزمایشگاهی باید نمک را اضافه کنید. پس از افزودن نمک و خروج گاز نیز مجدداً وزن این مایع را بررسی می کنیم. وزن نوشابه در حالت خروج حباب و در حالت پیش از خروج حباب متفاوت خواهد بود. با بررسی این تفاوت وزن می توان به میزان وزن گاز خروجی پی ببرید. در روند انجام آزمایش نوشابه و نمک در نظر گرفتن این محاسبات دقیق به شما کمک می کند که با نتیجه حاصل از خروج گاز در نوشابه بیشتر آشنا شوید. جرم گاز نهایی با استفاده از یک فرمول ساده به دست می آید.
در این زمینه جرم ثانویه در این مایع پس از افزودن نمک با جرم نمک افزوده شده جمع خواهد شد. نتیجه این جمع باید از جرم اولیه نوشابه کسر شود. سپس نتیجه حاصل می شود که جرم گاز خروجی را نشان می دهد.
پرسش :
1 به جز نمک از چه ترکیب های دیگری میتوان استفاده نمود؟
2 این آزمایش را با دو حالت نوشابه سرد و گرم مقایسه کنید. در کدام حالت گاز خروجی بیشتر است؟چرا؟
چگونه می توان جرم گاز خروجی را اندازه گرفت؟
پاسخ :
1 هر ترکیب بلوری یا ترکیب یونی دیگر
2 در حالت سرد-چون در دمای کم مقدار بیشتری گاز در نوشابه حل می شود
3 ابتدا با ترازوی دقیق جرم اولیه نوشابه را اندازه گرفته و پس از افزودن نمک جرم ثانویه نوشابه را اندازه بگیرید. جرم گاز خروجی برابر است با:
(جرم ثانویه + جرم نمک افزوده شده)- جرم اولیه =جرم گاز خروجی
جمع بندی
در این فرایند آزمایشی نتایج بسیار مهمی حاصل خواهد شد. آزمایش نوشابه و نمک به شما در شناخت پیوندهای بین ذرات نوشابه اطلاعات دقیقی می دهد. در صورتی که این مبحث را به دانش آموزان خود تدریس می کنید، بی شک به این مطالب آموزشی نیاز خواهید داشت. این آزمایش می تواند یک روش عملی و کاربردی برای ارائه مطالب مفید به دانش آموزان مورد استفاده قرار بگیرد. هر یک از بخش های آزمایش فوق به سادگی انجام می گیرد. به همین سبب دانش آموزان به صورت گروهی و انفرادی قادر به انجام آزمایش نوشابه و نمک خواهند بود.
