Mục lục bài họcĐang ở d12-b1
Purity, separation methods and chromatography
How to tell a pure substance
A pure substance melts and boils at a sharp, fixed temperature. Pure water melts at exactly $0^{\circ}$C and boils at exactly $100^{\circ}$C.
An impurity does two things:
- it lowers the melting point and raises the boiling point;
- it makes the change of state happen over a range of temperature instead of at one value.
The second point is often the more useful test: a substance that melts gradually between $54^{\circ}$C and $59^{\circ}$C is impure, whatever the numbers are.
Two everyday applications: salt is spread on icy roads because it lowers the melting point of ice; antifreeze in a car radiator both lowers the freezing point and raises the boiling point.
Choosing a separation method
Ask two questions: what do you want to keep, and is it soluble?
| situation | method |
| insoluble solid from a liquid | filtration — the solid stays as residue, the liquid passes through as filtrate |
| you want the dissolved solid | crystallisation — evaporate some solvent, then cool slowly so crystals grow |
| you want the solvent | simple distillation — the solvent boils off, is condensed and collected |
| two liquids that mix | fractional distillation — separates by different boiling points |
Crystallisation and simple distillation act on the same mixture and differ only in which part you keep. That is the distinction exam questions test.
Paper chromatography
Used to separate and identify the substances in a mixture, such as the dyes in an ink.
Key practical points, each worth a mark:
- draw the base line in pencil, because ink would dissolve and run;
- keep the solvent level below the base line, or the spots wash off into the solvent.
$R_{f}$ is always between $0$ and $1$, because a spot cannot travel further than the solvent carrying it. A value greater than $1$ means the two distances have been divided the wrong way round.
Substances with the same $R_{f}$ in the same solvent are likely to be the same substance.
Làm sao biết một chất tinh khiết. Chất tinh khiết nóng chảy và sôi ở một nhiệt độ cố định và sắc nét. Nước tinh khiết nóng chảy đúng ở $0^{\circ}$C và sôi đúng ở $100^{\circ}$C.
Tạp chất làm hai việc:
- hạ thấp nhiệt độ nóng chảy và nâng cao nhiệt độ sôi;
- làm quá trình chuyển thể xảy ra trong một khoảng nhiệt độ thay vì tại một giá trị.
Điểm thứ hai thường là phép thử hữu ích hơn: một chất nóng chảy dần trong khoảng $54^{\circ}$C tới $59^{\circ}$C là chất không tinh khiết, bất kể con số là bao nhiêu.
Hai ứng dụng đời thường: rải muối lên đường đóng băng vì muối hạ nhiệt độ nóng chảy của nước đá; nước làm mát pha chất chống đông vừa hạ điểm đông đặc vừa nâng điểm sôi.
Chọn phương pháp tách. Hỏi hai câu: mình muốn giữ lại cái gì, và nó có tan không?
- chất rắn không tan trong chất lỏng → lọc: chất rắn ở lại thành cặn, chất lỏng chảy qua thành dịch lọc;
- muốn lấy chất tan ra khỏi dung dịch → kết tinh: bay hơi bớt dung môi rồi để nguội chậm cho tinh thể mọc;
- muốn lấy dung môi → chưng cất đơn: đun cho dung môi bay hơi, ngưng tụ rồi hứng lại;
- hai chất lỏng trộn lẫn vào nhau → chưng cất phân đoạn: tách theo nhiệt độ sôi khác nhau.
Kết tinh và chưng cất đơn tác động lên cùng một hỗn hợp, và chỉ khác nhau ở chỗ giữ lại phần nào. Đó chính là sự phân biệt mà đề thi kiểm tra.
Sắc ký giấy. Dùng để tách và nhận biết các chất trong một hỗn hợp, chẳng hạn các phẩm màu trong một loại mực.
Hai lưu ý thực hành, mỗi cái có một điểm riêng:
- kẻ đường xuất phát bằng bút chì, vì mực sẽ tan ra và chạy theo dung môi;
- giữ mực dung môi thấp hơn đường xuất phát, nếu không các vết mẫu sẽ tan thẳng vào dung môi.
$R_{f}$ luôn nằm giữa $0$ và $1$, vì một vết không thể đi xa hơn chính dung môi đang mang nó. Giá trị lớn hơn $1$ nghĩa là đã chia ngược hai quãng đường.
Hai chất có cùng $R_{f}$ trong cùng một dung môi nhiều khả năng là cùng một chất.
Mô tả cách tách (a) cát ra khỏi hỗn hợp cát và nước; (b) muối ăn ra khỏi dung dịch nước muối; (c) nước tinh khiết ra khỏi dung dịch nước muối. Giải thích vì sao hai câu sau dùng hai phương pháp khác nhau.
(a) Lọc. Cát không tan trong nước, nên rót hỗn hợp qua phễu có giấy lọc: cát ở lại trên giấy thành cặn, nước chảy qua thành dịch lọc.
(b) Kết tinh. Muối tan nên lọc không tách được. Đun dung dịch cho bay hơi bớt nước tới khi bão hoà, rồi để nguội chậm cho tinh thể muối mọc ra. Lọc lấy tinh thể và làm khô.
(c) Chưng cất đơn. Đun dung dịch cho nước bay hơi; hơi nước đi qua ống sinh hàn, được làm lạnh và ngưng tụ lại thành nước tinh khiết hứng ở bình nhận. Muối ở lại trong bình đun vì nó không bay hơi.
Vì sao (b) và (c) khác nhau dù cùng một hỗn hợp. Đây là điểm mà đề thi hỏi thẳng.
Hai phương pháp tác động lên đúng cùng một dung dịch, và chỉ khác nhau ở chỗ ta muốn giữ phần nào:
- muốn lấy chất tan (muối) → kết tinh, và nước bị bỏ đi;
- muốn lấy dung môi (nước) → chưng cất, và phải hứng lại phần hơi ngưng tụ.
Vì thế câu hỏi đầu tiên khi chọn phương pháp không phải “hỗn hợp gồm gì” mà là “mình muốn giữ lại cái gì”.
Chú ý ở (b) không đun tới khô nếu muốn tinh thể đẹp — làm bay hơi hết nước cho ra bột mịn thay vì tinh thể, và với một số muối còn làm mất nước kết tinh.
Trên một bản sắc ký, mặt dung môi đi được $9.0$ cm tính từ đường xuất phát. Một vết chất đi được $4.5$ cm. (a) Tính $R_{f}$. (b) Một vết khác trên cùng bản có $R_{f}=0.80$; vết nào tan tốt hơn trong dung môi? (c) Nêu hai lỗi thực hành làm hỏng bản sắc ký.
(a)
$$R_{f}=\frac{\text{quãng đường vết}}{\text{quãng đường dung môi}}=\frac{4.5}{9.0}=0.50$$Kiểm: giá trị nằm giữa $0$ và $1$ ✓. Ra số lớn hơn $1$ nghĩa là đã chia ngược hai quãng đường.
(b) Vết có $R_{f}=0{,}80$ đi được xa hơn theo cùng một mặt dung môi, nghĩa là nó bị dung môi cuốn đi dễ hơn — tức nó tan tốt hơn trong dung môi ấy.
Vết có $R_{f}=0{,}50$ bị giữ lại trên giấy nhiều hơn, tức nó bám vào giấy mạnh hơn so với tan trong dung môi.
Nguyên tắc: $R_{f}$ càng lớn thì chất càng nghiêng về phía dung môi; $R_{f}$ càng nhỏ thì càng nghiêng về phía giấy.
(c) Hai lỗi thực hành, mỗi lỗi có một điểm riêng trong barem.
Một — kẻ đường xuất phát bằng bút mực. Mực là một hỗn hợp phẩm màu và nó sẽ tan ra rồi chạy theo dung môi, tạo thêm những vết giả và làm sai vị trí đường gốc. Phải dùng bút chì, vì than chì không tan trong dung môi.
Hai — nhúng giấy ngập quá đường xuất phát. Nếu mực dung môi cao hơn đường xuất phát, các vết mẫu sẽ tan thẳng vào dung môi trong cốc thay vì bị cuốn lên giấy. Không có vết nào chạy lên, và bản sắc ký hỏng hoàn toàn.
Cả hai lỗi này đều làm bản không đọc được, không phải chỉ làm kết quả kém chính xác.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Experimental Techniques and Chemical Analysis gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.