Kaks märgistamata valget ainet
Kooli keemialabori korrastamisel leiti kaks märgistamata purki valge kristalse ainega. Aine A sulab 801 °C juures ja selle lahus juhib elektrit hästi: 5 g ainet 50 cm³ vees pani hõõglambi eredalt põlema. Sama aine tahkel kujul voolu ei läbi. Aine B sulab juba 186 °C juures, pruunistub kuumutamisel ja levitab karamelli lõhna; selle lahus ei juhi elektrit märgatavalt. Mõlemad ained lahustuvad vees hästi ja on tervisele ohutud. Õpetaja palub õpilastel otsustada, kumb aine on naatriumkloriid ja kumb sahharoos, põhjendades järeldust osakeste ehituse, mitte maitse ega välimuse põhjal. Lisaks soovib ta, et õpilased kontrolliksid oma otsust veel ühe iseseisva katselise tõendiga, kasutades laboris olemasolevaid reaktiive (sealhulgas hõbenitraadi lahust) ja vahendeid. Ohutusjuhend nõuab kaitseprille ja keelab tundmatute ainete maitsmise. Mõlema aine kogus on piiratud, seega võib iga katse jaoks kulutada vaid mõne grammi.
1. Põhjenda aine A ja aine B erinevat elektrijuhtivust osakeste ehituse kaudu. Miks juhib lahus, kuid sama aine tahke kuju mitte?
Read the worked answer
Aine A on ioonsete osakestega aine: temas on Na⁺- ja Cl⁻-ioonid, mis on tahkes aines paigutatud jäigasse ioonsõresse. Vees toimub dissotsiatsioon – ioonid eralduvad võrest ja hüdraatuvad, saades vabalt liikuda. Just liikuvad laengukandjad tekitavadki voolu, seega lahus juhib hästi. Tahkes aines on ioonid küll olemas, kuid nad saavad ainult oma kohal võnguda; laengukandjad ei saa liikuda ja vool ei läbi. Sama loogika järgi juhiks ka sulatatud A.
Aine B on molekulaarne aine. Tema molekulid püsivad lahuses tervikuna ega lagune ioonideks, mistõttu laengukandjaid ei teki ja juhtivus on praktiliselt null. Oluline järeldus: aine lahustumine iseenesest ei tähenda ioonide teket – juhtivuse määrab see, kas lahuses on vabu ioone.
2. Miks ei tohi märgistamata ainet maitsmisega kontrollida, ja millise ohutu katselise tõendi abil saaks õpilane oma otsust kinnitada? Kirjelda katse käiku lühidalt.
Read the worked answer
Miks mitte maitsta: märgistamata aine võib olla ükskõik mis, sealhulgas mürgine või söövitav, ja laboris ei maitsta tundmatut ainet kunagi. Maitsmine on pöördumatu risk, samas kui kõik muud katsed saab teha mikrokoogustega. Sama kehtib auru otse nuusutamise kohta.
Ohutu kinnituskatse – leekkatse: väike kogus ainet võetakse metallaasale, hoitakse gaasipõleti leegis ja jälgitakse leegi värvi. Naatriumkloriid annab intensiivse kollase leegi (naatriumi iseloomulik emissioon), sahharoos söestub, levitab karamelli lõhna ega värvi leeki.
Teine võimalus: lisada kummagi lahusele mõni tilk hõbenitraadi lahust. A-lahuses tekib valge sade, B-lahuses jääb lahus selgeks. Kolmas võimalus on võrrelda sulamistemperatuuri ja juhtivust teadaolevate eeskujulike proovidega. Katses kasutatakse 1–2 cm³ lahuseid, kaitseprille ning töötatakse ventileeritavas ruumis.
3. Milline sade tekib, kui aine A lahusele lisada hõbenitraadi lahust? Kirjuta reaktsioonivõrrand ja ioonkujuline võrrand ning selgita, miks aine B lahusega sade ei teki.
Read the worked answer
A-lahuses on Cl⁻-ioonid, seega tekib valge juustjas hõbekloriidi sade:
AgNO₃(aq) + NaCl(aq) → AgCl↓ + NaNO₃(aq)
Ioonkujul jääb järele ainult sadet moodustav osa:
Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s)
Na⁺ ja NO₃⁻ jäävad lahuse ioonidena alles (nn vaatlejaioonid) ega osale sademe tekkimises. Sade tekib seetõttu, et AgCl on vees praktiliselt lahustumatu. Valge sade tumeneb valguses, sest AgCl laguneb metalliliseks hõbedaks.
B-lahuses on sahharoosi molekulid, mis ei anna klooriioone ega reageeri hõbeioonidega, mistõttu lahus jääb selgeks. See katse kinnitab ühemõtteliselt, et A on naatriumkloriid, ja on kooskõlas ka juhtivuskatse tulemusega.