Destilace

Cíle práce

• žák vlastními slovy popíše schéma destilační aparatury a sestaví ji;
• žák vypočítá praktický procentový výtěžek;
• žák vypracuje graf závislosti teploty na čase.

Plán práce:

1. Lab. cvičení – zadání a vysvětlení práce, sestavení aparatury (2 h)
2. Lab. cvičení – vlastní destilace, pozorování a zápis teploty do tabulky naměřených hodnot (2 h)
3. Lab. cvičení – sestavení grafu, výpočet praktického výtěžku v %, zpracování laboratorního protokolu (2 h)

ad 1)

Sestavení destilační aparatury trvá žákům pracujícím ve dvojici okolo šedesáti minut. Žáci se poprvé setkávají se složitější aparaturou a zápasí s problémy „nováčků“, tj. jak srovnat svorky na stojan, na co použít jaké držáky, do jaké výšky vše upevnit, aby se jim tam vešel kahan, jak hodně naklonit chladič, jak upevnit teploměr. Když se vše konečně povede, tak zjistí, že nemají ve frakční baňce varné kamínky nebo že jim to někde netěsní. Problémy s utěsněním jsou hlavně mezi frakční baňkou a chladičem a okolo teploměru.

Doporučuji nevytvářet více než 5 destilačních aparatur, abyste to stačili ohlídat. Je vhodné pracovat ve dvojicích, popř. trojicích. Velmi dobře v této práci žáci spolupracují v týmu. V laboratoři po celou dobu panuje tvůrčí atmosféra. Žáky práce baví. Pro učitele je hodina hodně náročná, protože musí pobíhat mezi jednotlivými skupinami a zodpovídat velké množství dotazů. Odměnou mu je skutečný zájem žáků.

Žákům vysvětlíme princip varných kamínků jako ochranu proti utajenému varu. Kapalina se nad kahanem místně přehřívá v bodě, kde se plamen dotýká přes síťku baňky. V tomto místě může nastat teplota varu, látka může začít přecházet v plynné skupenství, začnou se tvořit velké bubliny, ve kterých rychle roste tlak, a při odtržení z přehřátého místa by mohlo dojít k prudkému vybublání a poškození aparatury. Při umístění varných kamínků se s jejich pomocí kapalina neustále promíchává a k místnímu přehřátí nedochází.

Co musíme připravit:

Nosítka pro jednu skupinu musí obsahovat: frakční baňku, teploměr, chladič, alonž (jde to i bez něj), hadičky na chladič, zátky, kádinku, 2 stojany, držák na chladič, držák na baňku, kruh, keramická síťka, 2 svorky

ad 2)

Vlastní provedení práce už je pro žáky poměrně nudná záležitost. Z tohoto důvodu mají za úkol zapisovat změnu teploty v závislosti na čase po minutě. Z průběhu lze získat graf a vysvětlit na něm průběh varu v následujícím cvičení. Dalším důvodem je pracovní a klidná atmosféra v laboratoři. Žáci jsou zaměstnáni po celou dobu.

Destilaci a měření končíme v okamžiku, kdy se začíná oddestilovávat voda. Doporučuji několikrát zopakovat, že si žáci musí změřit a zapsat objem vydestilovaného ethanolu.

Musíme počítat nejméně s patnácti minutami na rozebrání aparatury a úklid.

ad 3)

Graf závislosti teploty na čase

Zopakujeme pravidla tvorby grafů:

• do mm papíru píšeme pouze tužkou
• každý graf musí mít nadpis vpravo nahoře
• jak zjistíme, na kterou osu máme co zapisovat: to první v zadání, na vodorovnou osu to druhé v zadání (př. závislost teploty na čase – teplota první v zadání → svislá osa, čas – to druhé v zadání → vodorovná osa)
• časová osa je vždy vodorovná
  • správné označení os: označení veličiny/jednotka, ve které se měřilo
  • žádné pomocné čáry do mm papíru nepatří, vyznačujeme pouze body, a to křížkem
  • výsledná křivka musí být plynulá, nesmí být „rohatá“, nemusí také nutně spojovat všechny body, prokládáme ji mezi nimi
  • v případě, že tvoříme grafů více, očíslujeme je a jejich názvy s čísly uvedeme do protokolu
  • u označení každého čísla na vodorovné ose musí být svislá čárka, na svislé ose vodorovná čárka

Společně navrhujeme měřítko teplotní i časové osy (doporučuji u teploty 1 °C  ̴ 2mm, u času 1 min  ̴ 0,5 mm). Právě toto dělá žákům značné problémy.

Graf zpracovává každý žák sám.

Doporučuji seznámit žáky se sadou křivítek. Žáci si rádi s nimi vyzkouší tvorbu křivky a mnohdy si sami uvědomí, že je mají doma, ale dosud nevěděli, k čemu slouží.

Tvorba grafu, výpočet a tvorba protokolu vyplní celé dvouhodinové cvičení.

Návrh výpočtu praktického výtěžku:

Necháme navrhnout postup žáky. Obvykle přijdou na řešení přes %, trojčlenkou nebo přes procentovou koncentraci. Kontrolujeme pouze přehlednost zápisu (počáteční objem směsi, objem vydestilovaného ethanolu) a správnost výpočtu. Postup necháváme na nich. Je vhodné nechat je pracovat v původním týmu.

K závěrečnému shrnutí doporučuji zodpovědět se žáky otázky. Odpovědi mají znát z hodin fyziky.

Poznámka:

Po dohodě s vyučujícím informatiky si žáci mohou zpracovat graf i na PC. V této práci je ale hlavním cílem procvičování práce s milimetrovým papírem a nácvik pečlivosti žáků při rýsování.