Навчальне дослідження № 6 «Екстракція та дослідження речовин із природних об’єктів»

• Назад до змісту

Запишіть обладнання, речовини та зразки природних об’єктів, з якими ви працюватимете.

Для проведення дослідження використовуються такі матеріали:
Обладнання: фарфорова ступка з товкачиком, пробірки, штатив для пробірок, скляні палички, хімічні склянки, лійка, фільтрувальний папір, піпетки.
Речовини: дистильована вода, етиловий спирт, розчин йоду, кварцовий пісок.
Зразки природних об’єктів: свіже зелене листя рослин (шпинат або кропива), подрібнені плоди або коренеплоди (морква).

1. Сформулюйте мету дослідження відповідно до поставленого завдання.

Метою дослідження є визначення полярності запропонованих речовин, а також вибір та обґрунтування використання полярних і неполярних розчинників для екстракції окремих компонентів із зразків природних об’єктів.

2. Запишіть план експерименту.

План проведення експерименту:

1. Подрібнити свіже зелене листя рослин у фарфоровій ступці та перетерти його з додаванням невеликої кількості чистого кварцового піску.
2. Додати до подрібненої маси розчинник (етиловий спирт) для екстракції рослинних пігментів.
3. Відфільтрувати одержану суміш через лійку з фільтрувальним папером у пробірку для отримання прозорого спиртового екстракту.
4. Дослідити розчинність і вибіркове розчинення йоду та інших сполук у полярних і неполярних розчинниках.
5. Порівняти отримані результати, визначити полярність досліджуваних речовин та зробити висновки щодо ефективності обраних розчинників.

3. Виконайте експеримент відповідно до складеного плану.

Експеримент виконано відповідно до складеного плану: здійснено подрібнення рослинного матеріалу з абразивом, проведено екстракцію пігментів етиловим спиртом з подальшим фільтруванням, а також досліджено вибіркове розчинення речовин у полярному та неполярному середовищах.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

1. Чому для екстракції пігментів із листків рослин зразок потрібно не лише подрібнити, а й перетерти з абразивними речовинами?

Для екстракції пігментів із листків рослин зразок необхідно перетерти з абразивними речовинами, оскільки клітини рослин захищені щільними целюлозними клітинними стінками, а самі пігменти містяться всередині органел — хлоропластів. Звичайне подрібнення не руйнує клітинні оболонки повністю, тоді як механічне перетирання з абразивом розриває клітинні стінки та мембрани хлоропластів. Це забезпечує безпосередній контакт розчинника з внутрішньоклітинним вмістом і суттєво підвищує повноту вилучення пігментів.

2. Які речовини вдалося екстрагувати, а які — ні? Як це визначити?

Вдалося екстрагувати неполярні та малополярні органічні сполуки (рослинні пігменти, ефірні олії, жири, йод), тоді як полярні речовини з високою спорідненістю до води (мінеральні солі, цукри) залишилися у водній фазі або у твердому залишку. Це визначають за зміною забарвлення розчинника, появою характерного запаху або за допомогою випаровування екстракту із виділенням сухого залишку.

3. Яким на вигляд був розчин після екстракції? Чи спостерігали ви розшарування розчинників?

Після екстракції розчин набув інтенсивного забарвлення вилученої речовини (зеленого кольору при вилученні хлорофілу або фіолетового при екстракції йоду). При використанні двох незмішуваних розчинників спостерігалося чітке розшарування на дві фази через різницю в їхній полярності та густині.

4. Чи змінилися колір, запах або інші властивості розчинника після екстракції?

Після екстракції розчинник змінив свій колір відповідно до забарвлення вилученої сполуки, а також набув її характерного запаху та змінив свої фізичні властивості, зокрема густину.

5. Якими властивостями речовин пояснюється вибіркове розчинення в різних розчинниках?

Вибіркове розчинення пояснюється хімічною будовою молекул речовин, їхньою полярністю та відповідністю принципу «подібне розчиняється в подібному», згідно з яким полярні речовини краще розчиняються у полярних розчинниках, а неполярні — у неполярних.

6. Яке фізичне явище є основою процесу екстракції? Чим екстракція відрізняється від процесів розчинення, фільтрування, відстоювання?

Основою процесу екстракції є дифузія та перерозподіл розчиненої речовини між двома незмішуваними фазами відповідно до її розчинності в кожній із них. На відміну від звичайного розчинення, екстракція передбачає вибіркове вилучення компонента із суміші за допомогою додаткового розчинника; на відміну від фільтрування (механічного відокремлення нерозчинного осаду від рідини) та відстоювання (розділення незмішуваних фаз під дією сили тяжіння), екстракція є фізико-хімічним розділенням розчинених речовин на молекулярному рівні.

7. Як можна оцінити, наскільки повною була екстракція?

Повноту екстракції можна оцінити за знебарвленням початкового зразка природного об’єкта, інтенсивністю забарвлення екстракту або за відсутністю зміни кольору екстрагенту під час повторного промивання свіжою порцією розчинника. Також повноту процесу визначають зважуванням маси сухий залишок виділеної речовини 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 розчинів йоду спричинена різною полярністю розчинників та характером їхньої міжмолекулярної взаємодії з неполярними молекулами йоду $\text{I}_2$. У неполярному петролейному ефірі міжмолекулярна взаємодія відсутня, тому розчин зберігає фіолетове забарвлення вільних молекул йоду. У полярних розчинниках (етанолі та воді) виникають сольватні комплекси між молекулами йоду та розчинника, що надає розчинам бурого та жовто-коричневого кольору.
За зменшенням здатності розчиняти йод розчинники розташовуються у такому порядку: петролейний ефір > етанол (спирт) > вода.

Підпишіть види діяльності на уроці й оцініть за ними свою роботу.

Види діяльності на уроці:

1. Підготовка лабораторного посуду та опрацювання інструкції — 12 балів (високий рівень).
2. Виконання експерименту з екстракції пігментів — 12 балів (високий рівень).
3. Спостереження за фізичними явищами та аналіз результатів — 11 балів (високий рівень).
4. Оформлення відповідей на запитання та підбиття підсумків — 12 балів (високий рівень).