какие жидкости не смешиваются между собой

Взболтать, но не смешивать

Все знают, что вода с маслом не смешивается.

Кто помнит школьную физику, легко назовёт третью жидкость, не смешивающуюся с этими двумя: ртуть.

Вопрос: а сколько всего известно взаимно нерастворимых жидкостей при условиях, близких к нормальным?

Тогда вопрос №2: а сколько можно найти взаимно несмешиваемых жидкостей, которые не страшно принести домой, чтобы показать демку детям?

Мне удалось собрать пять. Собственно, их сливанием вот в эту пробирку мы в статье и займёмся.

1. Рафинированное растительное масло:

В данном случае из виноградных косточек. Состоит оно главным образом из эфиров линолевой и олеиновой кислот. Слово «кислота» пусть не введёт никого в заблуждение. Обе молекулы — это главным образом длинные углеводородные «хвосты» вида *-(CH₂)_n-CH₃. Они и отвечают за гидрофобность. По какой причине вместо масла вполне годится любой жидкий углеводород (пентан, гексан) или их смесь (бензин, керосин). Однако масло менее огнеопасно и покупается в обычном продуктовом магазине.

2. Подкрашенная голубой краской вода H₂O:

3. Силиконовое масло:

Силиконовое масло — это смесь низкомолекулярных полимеров с общей формулой вида (C₂H₆OSi)_n. Добытая на Амазоне разновидность используется как загуститель красок и оказалась вязка, как хороший мёд. Если повторять опыт, стоит поискать более текучие разновидности.

Эта жидкость «устаканилась» между водой и маслом, в соответствии с промежуточным значением своей плотности.

4. Расплавленный галлий Ga:

Галлий плавится при +29.8 C. Поэтому пробирка на время помещена в банку с тёплой водой.

Коллекционные количества галлия легко приобретаются в интернете, хотя бы на Амазоне. Металл этот достаточно безопасен, чтобы брать его в руки, и не образует ядовитых испарений. Однако, соприкасаясь с твёрдыми поверхностями и кожей, сильно пачкает их тёмным слоем оксида галлия. Этот оксид растворим в пищевых кислотах, а растворимые соли галлия могут быть и токсичными. Поэтому после работы всё, что с галлием соприкасалось, надо отмывать от его оксида. Обыкновенная тёплая мыльная вода прекрасно справляется с этой задачей.

5. И последнее вещество — перфтородекалин (perfluorodecalyn) C₁₀F₁₈:

Эта жидкость заметно тяжелее воды, поэтому собралась над галлием. Состоит она исключительно из фтора и углерода:

В Штатах производители продают это вещество только бизнесам, имеющим легитимную потребность в работе с ним. К счастью, незначительные его количества (5-10 грамм) вполне законно приобретаются у частных лиц на eBay.

Ядовитым в строгом смысле этого слова перфтородекалин не является. Его даже добавляют в некоторые виды косметики, а близкородественные ему соединения используют в качестве основного компонента искусственной крови. Однако пары более лёгких его «родственников» вызывают отключку сознания и используются для наркоза, и мне не хотелось проверять, обладает ли конкретно эта жидкость теми же свойствами. Кроме того, в вопросе о воздействии его на глаза найденные статьи демонстрировали странное разногласие. Так что работал я с ним в очках, перчатках, на открытом воздухе, и не подпускал зрителей к пробирке слишком близко. На всякий случай.

6. Конечное состояние

Качественно перемешав все жидкости стеклянной палочкой, я дал им денёк отстояться, и получил в итоге вот такую картину:

Любопытно, что между некоторыми компонентами возникли тонкие слои дополнительных фаз, вероятно, из-за небольшой взаимной растворимости.

Написал конструктор, напиши и деструктор

Что со всей этой смесью потом делать?

Воду и масло спокойно выливаем. Силиконовое масло — в мусор. Конечные продукты его разложения — вода, углекислый газ и песок, хотя процесс этот небыстрый.

Галлий можно собрать пипеткой, слить в спичечный коробок, заморозить и держать дома для будущих опытов. Только не замораживайте его в стеклянной посуде. Этот металл здорово расширяется при застывании и рвёт её в клочья:

Если всё-таки не хочется держать галлий дома, везите его на свалку для тяжёлых металлов и/или токсичных отходов. Или подарите знакомым химикам, пусть найдут ему применение.

Сложнее всего избавиться от перфтородекалина. Вещество это химически настолько стойкое, что разрушить его в домашних условиях до безопасных компонент практически невозможно. Из-за той же стойкости разлагаться в природе оно будет тысячелетиями, путями не вполне понятными, и с неясным пока воздействием на биосферу за всё это время. Так что, по-хорошему, я бы рекомендовал связаться с организациями, перерабатывающими отходы от настоящих химических лабораторий, и сдать перфтородекалин им. Можно через знакомых химиков, что я и сделал.

Спасибо за чтение, хорошего всем дня! Кому надо, вот PDF.

Источник

Радуга в стакане и другие опыты с несмешиваемыми жидкостями

Приходилось ли вам слышать о том, что вода и масло не смешиваются? Сегодня мы сначала проверим, верно ли это утверждение, а потом поэкспериментируем с несколькими другими жидкостями

Приходилось ли вам слышать о том, что вода и масло не смешиваются? Сегодня мы сначала проверим, верно ли это утверждение, а потом поэкспериментируем с несколькими другими жидкостями. У жидкостей есть такие свойства, как смешиваемость с другими жидкостями, вязкость и плотность. Об этих качествах веществ мы сегодня и поговорим. И не только поговорим, но и посмотрим на то, как они проявляются… в самом обычном стакане.

Вода и масло

Вам потребуется: 60 миллилитров воды; 60 миллилитров растительного масла; небольшой прозрачный стакан; пищевые красители. Сначала влейте в стакан воду. Добавьте немного пищевого красителя и перемешайте. Затем медленно влейте масло в тот же стакан. Что вы видите? Какой слой оказался вверху?

Плотно закройте стакан пластиковой крышкой или своей рукой и встряхивайте стакан до тех пор, пока обе жидкости не смешаются. Снова поставьте стакан и посмотрите, что получится. Смешались ли вода и масло? Есть такое понятие, как «смешиваемость». Оно характеризует способность двух субстанций смешиваться. Пару субстанций из масла и воды называют не поддающейся смешению, поскольку они не смешиваются. Масляный слой окажется наверху, вода же будет нижним слоем. Причиной тому является разница в плотности этих двух жидкостей. Плотностью вещества называют отношение ее массы (веса) к ее объему. Плотность масла ниже плотности воды, поэтому масло окажется вверху.

Жидкий многослойный «светофор»

Вам потребуется: 60 миллилитров искусственного или натурального меда; 60 миллилитров жидкости для мытья посуды; 60 миллилитров воды; 60 миллилитров растительного масла; 60 миллилитров денатурата; высокая прозрачная банка; два стакана для смешивания; пищевой краситель. Возьмите банку. Влейте в нее мед, он должен заполнить одну шестую банки. Вливайте в центр горлышка, чтобы мед не размазался по стенке банки. После того как мед добавлен, влейте соответствующее количество жидкого средства для мытья посуды. Останется ли жидкость для мытья посуды сверху, а мед внизу? Будьте осторожны и последующие жидкости вливайте очень медленно, поскольку они менее вязкие, чем мед и средство для мытья посуды и смешиваются проще, чем ранее добавленные жидкости. А нам не нужно их смешивать. Итак, сначала влейте подкрашенную воду, затем растительное масло, а потом подкрашенный денатурат.

На листе бумаги составьте схему, отражающую порядок, в котором жидкости были влиты в банку. Осталась ли каждая жидкость отдельным слоем? Отметьте для себя те свойства, которые отличают жидкости в банке друг от друга. Первым таким свойством является цвет. Вторым отличительным качеством каждой из жидкостей является ее вязкость. Свойством, которое отвечает за положение слоя в банке, является плотность жидкости. Какова зависимость положения жидкости в банке от ее плотности?

Другим качеством является несмешиваемость. Именно она позволяет жидкости оставаться отдельным слоем. Как вы убедились в ходе первого эксперимента, растительное масло и вода не смешиваются. С другой стороны, вода и денатурат смешиваются и образуют единый слой. Вода и средство для мытья посуды тоже смешиваются. Перемешайте попарно жидкости в стакане и посмотрите, что произойдет, образуются ли слои. Какие жидкости смешаются друг с другом, а какие нет. Через несколько минут вновь посмотрите на эффект. Не образовали ли жидкости отдельные слои?

Радуга в стакане

Вам потребуется: четыре пищевых красителя разных цветов (например: красный, желтый, зеленый и синий); пять высоких прозрачных пластиковых стаканов; 180 грамм сахарного песка; столовая ложка (для измерения); 240 миллилитров воды. В первый стакан всыпьте 15 грамм (1 столовую ложку) сахара. Во второй стакан добавьте 2 столовые ложки сахара. Три ложки — в третий стакан и четыре — в четвертый. В каждый стакан добавьте по 45 миллилитров (3 столовые ложки) воды и перемешивайте до растворения сахара. Если сахар в каком-либо из стаканов не растворился, добавьте дополнительно 15 миллилитров (1 столовую ложку) воды в каждый из стаканов. Когда сахар полностью растворен, добавьте в каждый из стаканов по чуть-чуть пищевого красителя. Для каждого из стаканов используйте краситель другого цвета: красный — для первого, желтый — для второго, зеленый — для третьего и синий — для четвертого.

В пятом стакане вы можете создать радугу. Наполните его на четверть синим сахарным сиропом. Затем аккуратно добавьте в стакан зеленый сахарный сироп. Вливайте сироп осторожно, по ложке. Затем добавьте желтый сахарный сироп, а после — красный. Добавляйте так же осторожненько по ложечке, избегая смешивания слоев. Какими словами вы описали бы разноцветную субстанцию в стакане? Количество растворенного в жидкости сахара определяет ее плотность. Синий раствор является самым насыщенным сахаром и, как следствие, самым плотным. Остальные растворы менее плотны, чем синий, следовательно они будут располагаться поверх него. Самый плотный сироп будет располагаться внизу. При этом растворы, несмотря на разницу в плотности, поддаются смешению. Поэтому четких границ между жидкостями, которые мы могли наблюдать в первом эксперименте, не будет. Но если все делать достаточно осторожно, жидкости будут располагаться сравнительно отдельными слоями. Как вы думаете, что произойдет, если перемешать все жидкости в стакане между собой? В ходе научных экспериментов следует соблюдать предосторожность. Компоненты не являются пищевыми. Посуду после завершения серии экспериментов следует тщательно помыть.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Источник

Подобное растворяется в подобном

Вещество лучше растворяется в жидкости, если оно обладает той же полярностью и сходными прочими характеристиками.

Всем известно, что масло и вода не смешиваются: если мы добавим каплю масла в стакан с водой, с этой каплей ничего не произойдет, она не растворится. С другой стороны, если в воду капнуть спирт (или этанол, как говорят химики), капля сразу исчезнет, потому что она растворилась. Это можно проверить, добавив каплю красного вина в стакан с водой. Химики объясняют такое поведение веществ эмпирическим правилом «подобное растворяется в подобном».

Дело в том, что вода — полярная молекула. Электроны в молекуле воды большую часть времени проводят около кислорода, и, хотя суммарный электрический заряд всей молекулы равен нулю, молекула воды со стороны водорода становится положительно заряженной. Молекула этанола также полярная, и поэтому между молекулами воды и этанола могут образовываться водородные связи (см. Химические связи). В каком-то смысле вода и этанол «хватаются» друг за друга. При перемешивании этих двух веществ их молекулы взаимодействуют, и этанол быстро растворяется.

С другой стороны, масло состоит из неполярных молекул, поэтому между ними и молекулами воды нет связей. И вода не может «схватиться» за углеводородные молекулы масла. В свою очередь, масло не может присоединиться достаточно прочно к какой-либо молекуле воды, чтобы оттолкнуть другие молекулы воды, как происходило бы при растворении. Масло не «подобно» воде и не растворяется в ней.

В обычной жизни мы часто используем правило «подобное растворяется в подобном», хотя, наверное, не отдаем себе в этом отчет. Мы применяем моющие вещества — молекулы с особой структурой. У них длинный углеводородный хвост (неполярный, как и у масла) присоединен к сильно полярной головке. И, когда такая молекула встречается со слоем жира на поверхности, которую мы моем, хвост проникает внутрь этого слоя, а полярные головки торчат наружу. Эти головки затем связываются с полярными молекулами воды, и жир удаляется с поверхности. Вот за счет чего моющие средства отстирывают одежду и моют посуду.

Источник

Форум химиков

Две цветные не смешивающиеся жидкости

Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Quis » Сб ноя 20, 2010 7:38 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение amik » Сб ноя 20, 2010 8:06 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Semenych » Сб ноя 20, 2010 8:21 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Quis » Сб ноя 20, 2010 8:25 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Quis » Сб ноя 20, 2010 8:29 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Фима » Сб ноя 20, 2010 8:54 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Quis » Сб ноя 20, 2010 9:03 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Фима » Сб ноя 20, 2010 9:37 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Quis » Сб ноя 20, 2010 10:22 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение avor » Сб ноя 20, 2010 10:37 pm

— а масляная краска и акварель/темпера/акрил подойдут?

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение amik » Сб ноя 20, 2010 10:42 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Quis » Вс ноя 21, 2010 5:06 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Гретхен » Вс ноя 21, 2010 8:30 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Quis » Вс ноя 21, 2010 10:09 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение amik » Вс ноя 21, 2010 10:23 pm

Масло есть масло. Просто понадобится подкорректировать концентрацию спирта в водно-спиртовой смеси.
Кстати есть еще бесцветное вазелиновое масло. Добывается в аптеке.
Есть бесцветные масла для декоративных масляных ламп.

Примите во внимание, что наличие спирта в воде в большом количестве может сказаться на взаимной растворимости красителей в слоях жидкостей.

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Quis » Вс ноя 21, 2010 11:30 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение avor » Пн ноя 22, 2010 6:25 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Шуша » Пн ноя 22, 2010 8:29 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Фима » Пн ноя 22, 2010 9:12 pm

Re: Две цветные не смешивающиеся жидкости

Сообщение Quis » Пн ноя 22, 2010 11:54 pm

Источник

Какие жидкости не смешиваются между собой

Если обе жидкости нерастворимы одна в другой, то при их смешивании в любых пропорциях образуются два отдельных слоя. Такие жидкости называются несмешивающимися (например, ртуть/вода, дисульфид углерода/вода, хлоробензол/вода и фениламин/вода).

Экспериментально установлено, что полное давление пара в системе из двух несмешивающихся жидкостей равно сумме давлений пара двух чистых компонентов:

Перегонка с паром

Поскольку полное давление пара в системе из двух несмешивающихся жидкостей больше давления пара каждого из ее компонентов, температура, при которой кипит смесь, ниже температуры кипения каждого из ее компонентов. На этом основана перегонка с паром. При давлении 1 атм вода имеет температуру кипения 100 °С.

Рис. 6.23. Кривые давления пара для двух несмешивающихся жидкостей.

Рис. 6.24. Перегонка с паром нитробензола и воды.

Однако, если пропускать пар через жидкость, с которой вода не смешивается, давление пара повышается. Вследствие этого смесь кипит при пониженной температуре (рис. 6.23).

На рис. 6.24 показана схема установки, используемой для перегонки с паром. Требуемый продукт перегонки собирают в колбу и затем отделяют от воды с помощью делительной воронки.

Перегонку с паром используют в следующих целях:

1) для очистки таких жидкостей, как нитробензол или фениламин, которые имеют высокую температуру кипения. Перегонка при более низкой температуре устраняет

риск термического разложения жидкости. В настоящее время с этой целью вместо перегонки с паром предпочитают использовать вакуумную перегонку;

2) для экстрагирования растительных масел, например в парфюмерной промышленности.

Вычисление молярной массы с помощью перегонки с паром

Молярную массу жидкости, не смешивающейся с водой, можно вычислить на основании данных, полученных в результате ее перегонки с паром. Согласно закону Рауля, парциальное давление пара жидкости А, молярная масса которой подлежит определению, и мольная доля этой жидкости связаны соотношением

Аналогичное соотношение можно записать также для воды

Исключая из этих двух уравнений рпот, получаем

где — число молей жидкости А и воды соответственно, и

то подстановка этих выражений в уравнение (1) дает соотношение

Это уравнение позволяет вычислить молярную массу (МА) жидкости А.

Образец фениламина подвергался перегонке с паром при температуре и давлении 1 атм. Установлено, что собранный дистиллат содержит 25,5 г воды и 7,4 г фениламина. Вычислим молярную массу фениламина.

Для нахождения молярной массы воспользуемся уравнением (3). Оно позволяет записать

Поскольку смесь кипела при давлении 1 атм (760 мм сумма парциальных давлений обоих компонентов должна быть равна 1 атм:

Справочные данные показывают, что при Следовательно,

Подставляя это значение и экспериментальные данные в записанное выше уравнение, получаем

Отметим, что молярная масса вычисленная по его формуле, равна 93,13 г/моль.

Закон распределения

Если какое-либо вещество растворимо в двух несмешивающихся жидкостях, то при его растворении в смеси двух таких жидкостей оно само распределяется между ними. Отношение, в котором происходит это распределение, определяется законом распределения. Он утверждает, что растворимое вещество распределяется между двумя несмешивающимися жидкостями в постоянном отношении концентраций, не зависящем от количества добавляемого растворимого вещества.

Независимо от того, какое количество иода используется в этом эксперименте, окончательное отношение концентраций оказывается постоянным. Полученная постоянная называется коэффициентом распределения К.

При значение постоянной К для рассматриваемого равновесия равно 85. Это означает, что концентрация иода в в 85 раз больше, чем в воде. Столь большое различие объясняется тем, что иод является неполярным растворяемым веществом. Поэтому он гораздо лучше растворим в неполярных растворителях, подобных , чем в полярных, подобных воде. Коэффициент распределения иода в бензоле и воде достигает 400.

Закон распределения выполняется лишь при определенных условиях, а именно: 1) при постоянной температуре; 2) при достаточном разбавлении обоих растворов; 3) при условии, что растворенное вещество не реагирует, не ассоциирует и не диссоциирует в обоих растворителях.

Например, коэффициент распределения для бензойной кислоты в бензоле и воде возрастает при повышении концентраций в обоих слоях. Это обусловлено образованием димеров бензойной кислоты в слое бензола. Образование димеров происходит вследствие возникновения водородных связей между двумя молекулами бензойной кислоты (рис. 6.26, а также материал гл. 2 и 3).

Рис. 6.25. Распределение иода между двумя несмешивающимися жидкостями.

Рис. 6.26. Ассоциация бензойной кислоты.

Рис. 6.27. Делительная воронка.

Применение закона распределения

Экстракция растворителем

Две несмешивающиеся жидкости иногда используются как селективные растворители для компонентов какой-либо смеси. Такую смесь сначала встряхивают с двумя несмешивающимися жидкостями, а затем отделяют одну жидкость от другой. Каждый слой по нескольку раз подвергают экстракции с другим растворителем.

Такой способ используется для выделения солей урана из продуктов ядерного деления. Например, уранильную соль можно отделить от с помощью бутанола и воды. С этой целью может использоваться методика противоточной экстракции. Уранильная соль лучше растворима в бутаноле, лучше растворим в воде. Один из растворителей пропускают над твердой смесью, находящейся в колонке или башне. Затем над смесью в противоположном направлении пропускают другой растворитель. Этот процесс повторяют несколько раз.

По-видимому, наиболее известным примером применения экстракции растворителем

рителем в лабораторной практике является экстракция эфиром. Она используется для извлечения продуктов органического синтеза из их водного раствора. Водный раствор встряхивают с диэтиловым эфиром в делительной воронке и после отстаивания слои разделяют (рис. 6.27). Это позволяет удалить из продукта неорганические примеси, растворимые в воде. Раствор может быть подвергнут многократному разделению. В конце концов эфир выпаривают, получая чистый органический продукт.

Эта методика удобна в тех случаях, когда продукт представляет собой летучее или термически неустойчивое вещество. В таких случаях выпаривание растворителя должно производиться при низкой температуре. Диэтиловый эфир имеет температуру кипения 34,5°С и поэтому является очень подходящим растворителем для такой цели, однако его можно применять только при условии, что в лаборатории нет открытого пламени! Повторные экстракции с использованием небольших порций растворителя более эффективны, чем однократное использование большого объема растворителя.

Источник