Sıvıları Tuzla Ayırın!

Tuzlu Bir Bilim Projesi

Muhtemelen, yağ ve su gibi bazı sıvıların birlikte karışmadığını biliyorsunuzdur. Onları aynı kaba dökerseniz, birbirleri ile üst üste gelecek şekilde iki ayrı sıvı tabakası oluşturacaklardır. Diğer sıvılar, örneğin ispirto ile su, birbirleri içerisinde çözünerek tek bir madde gibi görünebilen karışım oluşturabilirler.. Ancak, bu sıvıların karışmasına rağmen tekrar iki farklı tabakaya ayrılabileceğini biliyor muydunuz? Peki, nasıl yapılabilir? Cevap sizi şaşırtabilir ama tuzla bunu başarabilirsiniz. Bu etkinlikle beraber bunun nasıl gerçekleştiğini göreceksiniz.

İki sıvı birbiri içerisinde çözündüğünde homojen olarak adlandırılan ve göz ile ayırt edilemeyen bir karışım oluşturur. Aksine, birbirleri içerisinde çözünmezlerse heterojen bir çözüm olarak adlandırılan iki ayrı kat oluştururlar. Karışabilmek için, her iki sıvının molekülleri birbirini çekebilmelidir. Polar (elektrik yükleri düzensiz olarak dağıtılıp daha pozitif bir yan ve daha negatif bir yana sahip oldukları anlamına gelir) moleküller hidrojen bağı oluştururken, polar olmayan moleküller (eşit bir yük dengesine sahip olurlar) böyle bağlar oluşturma eğiliminde değildirler. Su molekülleri polar olduğu için polar olmayan herhangi bir sıvı (örneğin yağ) genellikle su ile karışmaz. İspirto molekülleri, hem polar hem de apolar olan iki ayrı kısma sahiptir, bu da suyla hidrojen bağı oluşturabilmeleri ve dolayısıyla su ile karışabilmeleri anlamına gelir. Ancak, bu sıvıları birbiri içinde çözündükleri durumda birbirinden ayırmak istediğinizde, bu bağları nasıl parçalayabilirsiniz? Karışıma, su moleküllerine bağlanarak alkol etkinliğini azaltacak bir şey eklemek zorundasınızdır. Bunu yapabilen maddelerden bir tanesi tuzdur. Tuz iyonik bir bileşiktir, yani iyon olarak adlandırılan elektrik yüklü moleküllerden oluşan bir maddedir. İyonik bileşikler suda çözünürken, iyonlarına ayrılır ve bu iyonlar su molekülleri tarafından çevrelenir ve bu olay çözünme olarak adlandırılır. Tuz iyonları yüklü olduğu için, apolara oranla daha yüklü polar çözücülerde çok daha iyi çözünürler. Bu nedenle tuz iyonları alkol moleküllerine oranla, daha polar olan su moleküllerini çeker. Bunun anlamı, bir sürü tuz olduğunda, su moleküllerinin tamamı tuz iyonlarını saracak ve hiçbiri alkol molekülleri ile hidrojen bağları oluşturmayacak demektir. Sonuç olarak, alkol su ile karışmaz hale gelir ve ayrı bir tabaka oluşturmaya başlar. Bu işleme “tuzlama” ya da “tuzla başlatılan faz ayrımı” adı verilir.

Malzemeler

Dört şeffaf mini kap (iki ons) kapaklı

Tükenmez kalem

Musluk suyu

İspirto (yüzde 70 izopropil alkol)

Sofra tuzu

Ölçme kaşığı

Etanol veya aseton (isteğe bağlı)

Potasyum klorür veya Epsom tuzu gibi tuz ikame edicisi (isteğe bağlı) 

Hazırlık

Mini kaplar tükenmez kalemle 1,2,3 ve 4 olarak etiketlenir

1 ve 3 numaralı kaplara bir buçuk yemek kaşığı su eklenir.

2 ve 4 numaralı kaplara bir buçuk yemek kaşığı ispirto eklenir. 

Prosedür

• 1 numaralı kapta bulunan suya bir çay kaşığı tuz ekleyin. Tuz ne oluyor? Suda çözünüyor mu?
• Kapağı koyun ve yaklaşık 20-30 saniye boyunca sallayın. Karışım neye benziyor?
• Önceki iki basamağı 2 numaralı kabı kullanarak (ispirto kullanarak) tekrarlayın. Bu sefer tuza ne oluyor? Karışım su-tuz karışımından farklı görünüyor mu?
• Tükenmez kalem başlığını çıkarın ve 3 numaralı kapta bulunan suya daldırın ve yaklaşık 10 saniye döndürünüz. Kabın kapağını kapatın ve beş saniye boyunca sallayın. Mürekkep suda çözülüyor mu? Çözelti çalkalandıktan sonra nasıl görünür?
• Önceki basamağı 4 numaralı kap ile tekrarlayın (ispirto). Ortaya çıkan karışım farklı görünüyor mu? Eğer öyleyse, ney farklıdır? Farklılıkları açıklayabilir misiniz?
• Daha sonra, 4 numaralı kapta bulunan alkolü 3 numaralı kaptaki suya dökün. Kapağı tekrar takın ve karışımı beş saniye boyunca sallayın. İspirto suyla karışıyor mu? Karışımın rengine ne olur? Ayrı katmanlar oluşturuyor mu?
• Şimdi, 3 numaralı kabın içindeki karışıma bir çay kaşığı tuz ekleyin. Kapağı kap üzerine koyun ve 20-30 saniye boyunca sallayın. Karışıma tuz eklediğinizde ne olur? Karışım sallamadan önce ve sonra farklı görünüyor mu? Eğer öyleyse, nasıl farklı görünüyor? Sonuçlarınızı açıklayabilir misiniz? Karışımın rengi ne?

Ekstra: Diğer sıvı karışımları tuz kullanarak ayırabilir misiniz? Peki ya etanol, su ya da aseton ve su? Öğrenmek için farklı sıvı karışımları deneyin!

Ekstra: Sıvıları ayırmak için kullanabileceğiniz başka tuzlar-örneğin potasyum klorür, tuz ikamesi veya Epsom tuzu var mı? Testi tekrarlayın, ancak bu sefer tablet tuzundan farklı bir tuz kullanın. Hâlâ aynı sonuçları görüyor musunuz? Sonuçlarınız farklı değilse?

Ekstra: İspirto’yu ve suyu ayırmak için ne kadar tuza ihtiyacınız var? İspirto ve su karışımına eklediğiniz tuz miktarlarını değiştirerek öğrenin. 

Gözlemler ve Sonuçlar

Tuzun, 1 numaralı kapta bulunan suda kolaylıkla çözünmüş olduğunu görmeliydiniz. (Çalkalandıktan sonra tuz kaybolmuş gibiydi.) Bunun sebebi, iyonik tuz moleküllerinin polar su moleküllerine kolaylıkla bağlanabilmeleri olduğunu unutmayın. Bununla birlikte, tuz, 2 numaralı kapta bulunan ispirto içerisinde kolaylıkla çözünmemiştir. (Çalkalandıktan sonra bile tuzu görebilirsiniz). Bunun nedeni, alkol moleküllerinin sudan daha az polar olmasıdır, bu nedenle tuz iyonları onlarla kolayca bağlanmazlar.

Tükenmez kalem mürekkebi ile tam zıddı olguyu gözlemlemeliydiniz. Mürekkep suda iyi çözünmez, ancak alkolde çözünür ve bir kağıt üzerine daha kolay iz bırakır. Bunun nedeni, ispirto moleküllerinin hiçbir yükü olmayan ve polar olmayan bir bölümüne sahip olmasıdır. Bu kısım markör mürekkep gibi polar olmayan moleküllerle daha uyumludur.

İspirto’yu su ile karıştırdığınızda, alkol molekülleri su molekülleri ile hidrojen bağı oluşturur. Alkol homojen bir solüsyon oluşturmak için suda çözünür, bu nedenle artık alkolü ve suyu ayırt edemezsiniz. Ancak karışıma tuz katarsanız, tuz suda çözünmek ister ve su molekülleri için alkol ile rekabet içerisine girer. Alkol molekülleri ile hidrojen bağı yapmak için mevcut olan su molekülleri daha az olduğundan, alkol su-alkol karışımında daha az çözünebilir hale gelir ve sonunda suyun üstünde ayrı bir tabaka oluşturur. Her iki tabaka da farklı renkte olmalı, su çoğunlukla berrak, alkol daha renkli olmalıdır. Bu, işaretleyici mürekkebin sürtünme alkolünde daha fazla çözünür olması nedeniyle oluşur.

Kaynak : scientificamerican.com