روش های جدا سازی

معلم و دانش آموزان به آزمایشگاه مدرسه رفتند. معلم یک شیشه که در آن مخلوطی از شن ریز ، نمک ، براده آهن ،خاک اره و تیله های شیشه ای کوچک بود از قبل آماده کرده بود و روی میز قرار داشت. همه بچه ها به دور آن میز جمع شدند و روی صندلیهای دور میز نشستند و معلم به سوی تخته سیاه رفت و روی تخته سیاه نوشت:«روش های جدا سازی» بعد به هر گروه چها نفره بچه ها مقداری از مخلوط داخل شیشه بزرگ داد و از آنها خواست قبل از انجام آزمایش و با مشاهده اجزای این مخلوط فکر کنند و راهی برای جدا سازی اجزای این مخلوط پیشنهاد کنند. همه گروه ها با دقت به اجزای مخلوط نگاه می کردند و بعد با هم مشورت می کردند. در آزمایشگاه صدایی بچه ها شنیده می شد تا اینکه یکی از گروه ها که زودتر به نتیجه رسیده بودند به معلم راه پیشنهادی خود را گفتند . معلم از گروه ها خواست سکوت کنند تا این گروه راه پیشنهادی خود را بیان کند. یکی از دانش آموزان از این گروه گفت: « براده های آهن را می توان با استفاده از آهن ربا جدا کرد و بعد می توان تیله های شیشه ای را با دست و یا با ریختن مخلوط در یک صافی مثل آبکش و یا توری جدا کرد و بعد با ریختن آب و به هم زدن دانه های نمک در آب حل می شود وخاک اره به علت سبکی در بالای آب شناور می شوند که با استفاده ازقاشق می توان آنها را از روی سطح آب جمع کرد و شن ریز که به علت سنگینی به طرف ته ظرف حرکت می کنند و بعد از مدتی ته نشین می شوند می توان با اسفاده از صافی مثل پارچه سفید نازک و یا توری با سوراخهای بسیار ریز از آب نمک جدا کرد و برای جدا کردن نمک از آب از گرما استفاده می کنیم زیرا در اثر گرما آب بخار می شود و این عمل باعث می شود نمک باقی بماند. » معلم نظر سایر گروه ها را هم پرسید و بعد و سایل مورد نیاز برای جدا سازی اجزایی این مخلوط را بین گروه ها تقسیم کرد و همه در گروه با کمک یکدیگر سعی می کردند اجزای این مخلوط را جدا کنند. بعد از انجام آزمایش دوباره معلم بچه ها را به سکوت کردن دعوت کرد. و به سمت تخته سیاه رفت ،نوشت و گفت: بچه ها برای جدا سازی اجزای یک مخلوط روشهای گوناگونی وجود دارد . من الان مهمترین روشهای جدا سازی را روی تخته می نویسم. این روشها عبارتند از : 1- صاف کردن 2- سریز کردن 3- تبلور 4- تقطیر معلم گفت:« شما برای جدا سازی اجزاء مخلوط از روش صاف کردن استفاده کردید آیا می توانید مثالهای از روش صاف کردن که در محیط زندگی خود مشاهده کرده اید نام ببرید؟ بعضی از بچه ها دستشان را برای پاسخ دادن بالا برده بودند. معلم از آنها خواست نام ببرند آنها گفتند مانند صاف کردن شیر قبل از جوشاندن جهت تهیه ماست و قبل از خوردن آن ، صاف کردن چای با چای صاف کن و یکی از بچه ها گفت: «بار ها دیده ام مادرم وقتی می خواهد کیک درست کند چند بارآرد را از صافی فلزی یا پلاستیکی عبور می دهد.» و یکی دیگر از بچه ها گفت: مادرم از آبکش برای آبکش کردن برنج استفاده می کند. و حتی یکی از بچه ها گفت:« در نزدیکی خانه ما یک ساختمان می سازند من دیده ام که گارگران با یک توری بزرگ شنها را غربال می کند و حتی قبل از استفاده از گچ اول گچ و یا آهک را از درون الک های تقریبا بزرگ عبور میدهند و بعد استفاده می کنند. » بعد معلم گفت: خوب بچه ها همه با روش صاف کردن خوب آشنا هستید ما از صاف کردن برای جدا سازی ذرات درشت مواد جامد که در آب حل نمی شوند و بعلت درشت بودن ذراتشان از سوراخهای صافی عبور نمی کنند استفاده می کنیم مثل جدا کردن شن و ماسه و خاک از آب و ... حالا دقت کنید ببینید من چکار می کنم. معلم در یک پا کت عدس را باز کرد و مقداری از عدس را توی سینی ریخت و از بچه ها پرسید شما چگونه ذرات ریز مانند سنگ , چوب و.. را از عدس جدا می کنید و قبل از درست کردن خوراک عدس مادر شما در آشپزخانه با عدسها چکار می کند؟ همه بچه ها می دانستند چون هر روز در آشپزخانه خانه شان دیده بودند که مادرشان چه کار های انجام می دهند. یکی از بچه گفت:«مادر من اول با دست و تکان دادن مرتب سینی سعی می کند دانه های ریز سنگ ، چوب و.. را جدا کند و بعد عدسها را در آب می ریزد و چند بار عدسها را می شویدیعنی مرتب به آرامی عدسهای داخل آب را با دست به هم میزند و بعد یواش یواش با کج کردن ظرف در ظرفشویی آب را از ظرف خارج می کند و سعی می کند آن ذرات ناخالصی مثل چوب که سبک هستند و روی سطح آب آمده اند را از دانه های عدس که بعلت سنگین بودن از آب به ته ظرف رفته اند جدا کند. » بعد معلم در ادامه بحث روش جدا سازی گفت : پس در عمل سریز کردن آن جزئی که سنگین تر است در زیرو آن جزء که سبک تر است در روی قرار می گیرد . در مخلوط آب و برنج و یا در مخلوط آب و عدس و... کدام جزء سنگینتر اند؟ همه بچه ها جواب دادند: «دانه های عدس و برنج » معلم مقداری پودر موادی مانند آهن ،نمک و گوگرد به هر گروه داد و خواست با هم خوب مخلوط کنند و بعد راهی برای جداسازی آنها پیشنهاد کنند . یکی از گروه ها گفت: اول با استفاده از آهن ربا ذرات آهن را جدا می کنیم و طوری آهن ربا را درون مخلوط می کشیم که کاملا همه ذرات آهن جدا شودو چند بار این عمل را تکرار می کنیم و بعد بقیه مخلوط را در درون ظرف آب می ریزیم پودر گوگرد در آب حل نمی شود مثل پودر زغال و یا مثل خاک اره روی سطح آب شناور می ماند زیرا ذرات آن خیلی سبک است و ذرات نمک می تواند در آب حل شود که با استفاده از کاغذ صافی ذرات گوگرد از آب نمک جدا می کنیم. و بعد از عمل تبخیر و به کمک گرما سعی می کنیم نمک را از آب جدا کنیم. یکی از گروه ها گفت: ما می توانیم هر سه را در آب بریزیم و مشاهده خواهیم کرد که گوگرد بعلت سبک بودن روی سطح آب شناور می ماند و ذرات آهن که سنگین تر است به آرامی بسمت ته ظرف می روند و ته نشین می شوند و نمک هم در آب حل می شود حالا با عمل سریز کردن سعی می کنیم ذرات گوگرد را به ظرف دیگر هدایت کنیم و بعد بقیه مخلوط را از صافی عبور میدهیم و ذرات آهن از سوراخ صافی عبور نمی کند ولی ذرات نمک و آب بعلت کوچک بودن از سوراخ صافی عبور می کند و بعد آب نمک را گرما می دهیم تا آب تبخیر شود. ونمک در ته ظرف بماند. معلم خواست همه گروه ها به هر دو روش آزمایش کنند و ببیند کدام روش بهتر است. همه گروهها آزمایشها را انجام دادند. و گفتند روش اول بهتر است . زیرا روش جداسازی ذرات آهن از ذرات مواد دیگر استفاده از خاصیت آهنربایی مناسبتر است. یکی از دانش آموزان از معلم پرسید: چرا شما از ما خواستید که در از مایش ظرف حاوی آب نمک را مستقیما روی شعله چراغ گاز قرار ندهیم و چرا به این روش تبلور می گویند؟ در این موقع معلم از بچه ها خواست توجه کنند و گفت: دوست شما سوال خوبی را مطرح کرد. بچه ها ، وقتی جامد در مایع حل می شود مسلمأ ما نمی توانیم با صاف کردن آن را از مایع جدا کنیم . مثلا نمک و یا شکر هر دو در آب حل می شوند. اما میزان یا نسبت حل شدن آنها با یکدیگر فرق می کند. و میزان حل شدن یک جامد حل شدنی در یک حلالی مثل آب خالص به مقدار حلال و دما بستگی دارد. اگر مقداری از محلول آب نمک را در یک ظرف کم عمق مثل این شیشه ساعت بریزید و آن را روی یک ظرف حاوی آب جوشان (حمام آبی) حرارت دهیم آب محلول به تدریج بخار می شود و با پیشرفت زمان کم شدن آب محلول ، محلول به حا لت سیرشده نزدیک می شود یعنی محلول حاصل دیگر توانا یی حل کردن ماده جامد را در خود نخواهد داشت و اصطلاح گفته می شود که محلول از ماده جامد (نمک) سیر شده است. زمانی که محلول نسبت به نمک سیر شود. بلور های ریز نمک در ظرف تبخیر ظاهر می شوند . در این حالت اگر ظرف تبخیر را در محلی دور از گرما بگذاریم تا یواش یواش سرد شود مقداری بیشتری نمک ته نشین می شود. بلور های حاصل را می توان با سریز کردن مایع بالایی که آب نمک رقیق جدا کرد . بچه ها دقت کنید برای حرارت دادن برخی از محلولها ما از شعله مستقیم استفاده نمی کنیم بلکه از حمام آبی استفاده می کنیم. شاید مادر شما برای تهیه برخی مواد غذایی از حرارت مستقیم استفاده نمی کنند و سعی می کند از حمام آبی یعنی ظرفی از آب جوشان استفاده نماید .در اثر گرما آب ظرف به جوش می آید و ظرف دیگر که در روی سر آن قرار دارد به آرامی گرم می شود.مثل سماور آب داخل آن بجوش می آید و بعد قوری چای را روی سر سماور قرار می دهید تا چای آماده شود. دانش آموزی از معلم خود پرسید:« پس علت استفاده از حمام آبی چیست؟ معلم جواب داد : یکی اینکه حرارت به همه جای محلول به طور یکنواخت برسد و علت دیگر اینکه حلال و یا مواد دیگر محلول به سرعت تبخیر یا تجزیه نشوند. سپس معلم از یک دانش آموز خواست تا روش تبلور را توضیح دهد. و بعد خود معلم تعریف تبلور را روی تخته سیاه نوشت: « یکی از روشهای جدا سازی مواد که با تبخیر حلال ، حل شونده به صورت ذرات (بلور) جدا می شود. » بعد معلم از یک دانش آموز خواست عمل تبخیر را تعریف کند. و آن را روی تخته بنویسد. . او نوشت: « عمل تبدیل یک مایع به گاز را تبخیر می گویند.» سپس معلم با استفاده از یک ارلن ، لوله سرد کننده ، و یک بالن ته گرد با لوله جانبی و چوب پنبه سوراخ دار و دماسنج دستگاه تقطیر ساده را آماده کرد. و همه بچه ها به دور آن میز جمع شدند. و از معلم پرسیدند این چیست؟ معلم گفت: به این، دستگاه ساده تقطیر می گویند. و روش تقطیر مانند روش تبلور برای جدا سازی اجزاء تشکیل دهنده یک محلول استفاده می شود. اما با این تفاوت که از روش تبلور برای جدا کردن ماده جامد از محلول ولی از روش تقطیر برای جدا کردن حلال از محلول است. معلم در ادامه درس گفت: عمل تقطیر شامل دو عمل تبخیر و معیان است. و از بچه ها پرسید: تفاوت این دو عمل را بگوید. دانش آموز گفت: «تبخیر یعنی تبدیل مایع به گاز در اثر گرما اما معیان یعنی تبدیل گاز به مایع در اثر سرما پس این دو عمل عکس هم هستند.» معلم پاسخ را پذیرفت و گفت: «در این دستگاه ابتدا عمل تبخیر صورت می گیرد و بعد به دنبال آن معیان رخ می دهد. » معلم تعریف عمل تقطیر را روی تخته نوشت:«عمل تقطیر ،عمل تبخیر و معیان متوالی یک مایع است.» بعد همگی به مشاهده ادامه دادند و با دقت به مخلوط الکل و آب در بالن و به جیوه درون دماسنج در قسمت سر بالن نگاه می کردند. محلول شروع به جوشیدن کرد و حلال شروع به بخار شدن می کند وقتی دمای دماسنج به دمای جوش الکل که از دمای جوش آب کمی پائینتر است رسید . بخارهای حاصل در ظرف را مشاهده کردند که به سمت فضای بالای بالن حرکت می کردند ولی مقداری از این بخارها از طریق لوله جانبی وارد قسمت لوله سردکننده می شدند و برخی از مولکولهای بخار هم قبل از عبور از داخل لوله با قسمتهای داخلی بالن برخورد و به سمت مایع داخل ظرف بر می گشتند. آن بخار های موفق شده بودند وارد لوله سرد کننده شوند بعلت جریان و ورود آب سرد به داخل لوله سرد کننده ، بخارات لوله میانی سرد و قطره های مایع از سر دیگر لوله به داخل یک بشر ریخته می شد. لوله سرد کننده یک لوله دو جداره و دارای دو مجرا یکی راه ورود آب سرد و دیگری راه عبور آب گرم می باشدو جریان آب سر د تماس آن با بدنه لوله میانی باعث سرد شدن بخار در لوله میانی می شود و خود آب مستقیمأ با بخار تماس ندارد. سپس معلم کمی پنبه برداشت و با گیره با مایع حاصل از سرد شدن بخار آغشته کرد و کبریت روشن به آن نزدیک کرد و بچه ها مشاهده کردند که پنبه شروع به شعله ور شدن و سوختن کرد و ثابت شد که بیشتر مولکولهای مایع خروجی از سرد شدن بخار حاوی مولکولهای الکل است و کمتر مولکولهای آب است. معلم گفت چندین بار مایع حاصل را باید تقطیر کرد تا به الکل خالص دست پیدا کرد. معلم توضیح داد که در خیلی از کشور ها که منابع آب شیرین کم دارند با استفاده از روش تقطیر برای تهیه آب آشامیدنی از آب دریا استفاده می کنند. و حتی اشاره کرد که جدا سازی اجزای سازنده نفت هم در پالایشگا ه های نفت ، از روش تقطیر استفاده می کنند . سپس از بچه ها خواست در این مورد اطلاعاتی همراه با عکس های در زمینه تقطیر در پالایشگاه را جمع آوری کنند و به کلاس بیاورند و در تابلو جمع آوری اطلاعات کلاس خود نصب کنند. تا همه دانش آموزان آن را مطالعه کنند. سپس یکی از دانش آموزان پرسید: «آیا روغن و آب را مثل مخلوط ماایع در مایع آب و الکل می توان با روش تقطیر جدا کرد؟» معلم پاسخ داد: «خیر» معلم به سمت کمد رفت و یک وسیله شیشه مانند که شبیه به قیف بود بیرون آورد و گفت: بچه ها الکل در آب حل می شود ولی روغن در آب حل نمی شود. این وسیله که شما در دست من می بینید قیف جدا کننده (دکانتور) می گویند . برای جدا سازی دو مایع مخلوط نشدنی مانند روغن از آب در آزمایشگا ها از آن استفاده می شود. بعد معلم از دانش آموز خواست قیف جدا کننده را با گیره به پایه وصل کند و یک بشر در پائین آن قرار دهدد. و بعد یک لوله آزمایش به دانش آموز داد و از او خواست کمی آب در درون آن بریزد و بعد چند قطره روغن اضافه کند و انگشت شست خود را روی دهانه لوله آزمایش محکم بگیرد و تکان دهد. و از بچه ها خواست به دقت نگاه کنندو پرسید: «چه اتفاقی برای قطره های روغن افتاد؟» یکی از دانش آموزان گفت:« روغن به قطرات کوچکی اول تقسیم شد ولی بعد این قطرات دوباره به هم می پیوندند. و روغن بصورت حل نشده روی سطح آب شناور خواهد ماند.» معلم پرسید: «چرا روغن روی آب می ماند؟» دانش آموز گفت:« چون چگالی روغن از آب کمتر است. » سپس معلم خواست دانش آموز آزمایش را انجام دهد و مخلوط داخل لوله آزمایش را به درون قیف جدا کننده ریخت و کمی صبر کرد و بچه ها دو لایه ، لایه بالایی روغن و لایه پائینی آب را می دیدند. بعد به آرامی شیر قیف جدا کننده را باز کرد و گذاشت فقط لایه پائینی از قیف خارج شودو به محض پائین آمدن لایه بالایی روغن فورا شیر قیف جدا کننده را بست. تا مانع خروج روغن شود. سپس معلم یکی از بچه ها را صدا زد و خواست روی تخته مطلب مهمی را بنویسد و از بچه ها خواست آن را یاداشت کنند. « برخی مایعها در برخی مایعهای دیگر حل می شوند مثل الکل در آب و به آنها مخلوط ..... (....)می گویند. و این گونه مایعها را با استفاده از روش ..... از یکدیگر جدا می کنند و برخی از مایعها در برخی مایعهای دیگر حل نمی شوند و مخلوط ......... (.......) بوجود می آورند که این گونه مایعها را با استفاده از .... و بر اساس تفاوت ..... دو مایع از یکد یگر جدا می کند. » سپس از دانش آموز خواست فکر کند و به جای این نقطه چینها چه کلمات مناسبی باید قرار گیرد . دانش آموز عبارتها را به این صورت کامل کرد:« « برخی مایعها در برخی مایعهای دیگر حل می شوند مثل الکل در آب و به آنها مخلوط همگن(.محلول)می گویند. و این گونه مایعها را با استفاده از روش تقطیر از یکدیگر جدا می کنند و برخی از مایعها در برخی مایعهای دیگر حل نمی شوند و مخلوط ناهمگن (نا محلول) بوجود می آورند که این گونه مایعها را با استفاده ازقیف جدا کننده و بر اساس تفاوت چگالی دو مایع از یکد یگر جدا می کند. » سپس یکی از دانش آموزان پرسید: روغن در چه مایعی حل می شود؟ معلم بار دیگر به سمت کمد رفت و یک شیشه که روی آن نوشته بود تترا کلرید کربن بیرون آورد و به دانش آموز داد و از او خواست که مقداری از محتوی این شیشه را در داخل لوله آزمایش بریزد و بعد چند قطره روغن اضافه کند و و لوله را تکان دهد. همه مشاهده کردند که روغن در تترا کلرید کربن حل شد و معلم گفت: حلال روغن تترا کلرید کربن است. و در کلاسهای بالاتر می خوانید که مواد قطبی در حلال قطبی و مواد غیر قطبی در حلالهای غیر قطبی بهتر حل می شوند. الکل و آب هر دو قطبی هستند و جاذبه بین مولکولی آنها یکسان است. برای همین الکل در آب حل می شود. در پایان درس و فعالیتهای آزمایشگاهی معلم گفت: روش جدا سازی دیگری هم هست این روش به نام روش کرو ماتوگرافی معرف است چون دیگر وقت نیست من به شما گچ و کاغذ کرو ماتوگرافی و روش کار را به شما میدهم در منزل جوهر آبی و یا مشکی دارید و این آزمایش را هم با گچ و هم با کاغذ مخصوص کروماتوگرافی انجام دهید و نتیج آزمایش خود را با خود جلسه دیگر بیاورید تا درباره این روش صحبت کنیم. در پایان برگه روش کار مربوط به آزمایش جداسازی با روش کرو ماتوگرافی با گچ و کاغذ را بین دانش آموزان توزیع کرد . در همین موقع صدای زنگ مدرسه شنیده شد . و همه بچه ها همراه معلم خود از آزمایشگاه مدرسه خارج شدند.