การทดลองที่บ้านสีที่หายไป

เป็นเรื่องปกติมากที่จะได้ยินว่าวิชาเคมีมีอยู่ทุกที่ และมันก็เป็นความจริงโดยสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม บางครั้งกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นรอบตัวเราก็ยากที่จะเข้าใจและอธิบายได้ ด้วยเหตุนี้จึงเป็นประโยชน์ในการทำการทดลองอย่างง่ายภายใต้สภาวะควบคุม ซึ่งทำให้เราสามารถแยกและดูกระบวนการทางเคมีอย่างใดอย่างหนึ่งได้ในเวลาเดียวกัน

บทความนี้จะอธิบายการทดลองที่ง่าย รวดเร็ว และสนุกสนานที่ทุกคนสามารถทำได้ที่บ้าน แนวคิดต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์และเคมีสามารถแสดงให้เห็นได้ เช่น ทฤษฎีสี ปฏิกิริยารีดักชันทางเคมีและปฏิกิริยาออกซิเดชัน และความเข้มข้นของสารละลาย

วัสดุที่จำเป็น

ในการดำเนินการทดสอบนี้ คุณจะต้อง:

• สีผสมอาหาร.
• น้ำ.
• สารฟอกขาวหรือสารฟอกขาว
• หลอดหยด
• เหยือกหรือแก้วใสหลายๆ ใบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแก้ว และถ้าเป็นไปได้ ควรมีขนาดเท่ากันทั้งหมด
• สามช้อนขนาดใหญ่
• นาฬิกาจับเวลา (ไม่จำเป็น)
• ถ้วยตวงของเหลว (ไม่จำเป็น)
• แว่นตานิรภัย.
• ถุงมือยางหรือถุงมือยาง
• เสื้อกาวน์แล็บหรือไม่ก็ผ้ากันเปื้อน

มาตรการรักษาความปลอดภัย

แม้ว่าวัสดุและรีเอเจนต์ที่จะใช้ในการทดลองนี้จะไม่เป็นอันตรายเป็นพิเศษ แต่ก็ไม่ได้เป็นอันตรายใดๆ ทั้งสิ้น ดังนั้นนี่จึงเป็นโอกาสที่ดีที่จะสอนเด็กๆ ถึงความสำคัญของความปลอดภัยในห้องปฏิบัติการในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม แม้ว่าสิ่งนั้น ห้องปฏิบัติการเป็นครัวของบ้าน

ต้องคำนึงถึงมาตรการความปลอดภัยต่อไปนี้:

1. สวมแว่นตานิรภัยตลอดการทดลอง

สารละลายที่มีหรือไม่มีสารฟอกขาวอาจถูกกระเซ็นในระหว่างการทดลอง ดังนั้น สิ่งสำคัญคือต้องปกป้องดวงตาของคุณตลอดเวลา การหยดสารฟอกขาวในดวงตาอาจทำให้เกิดการระคายเคืองอย่างมาก

2. สวมถุงมือเมื่อจับขวดสารฟอกขาว

สารฟอกขาวที่ใช้ในครัวเรือนโดยทั่วไปไม่เป็นอันตราย แต่หากปล่อยทิ้งไว้ให้สัมผัสกับผิวหนังเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดการระคายเคืองได้ ควรปกป้องผิวให้มากที่สุด โดยเฉพาะที่มือ เนื่องจากเป็นส่วนที่สัมผัสกับสารฟอกขาวมากที่สุด

3. ทำงานบนพื้นผิวที่สะอาดและมั่นคง

เมื่อใดก็ตามที่ทำการทดลองที่บ้าน เราต้องแน่ใจว่าโต๊ะหรือพื้นผิวที่จะทำการทดสอบนั้นแข็งแรงและมั่นคง ซึ่งจะช่วยป้องกันอุบัติเหตุต่างๆ

ในกรณีของโต๊ะที่มีท็อปไม้ แนะนำให้ปกป้องพื้นผิวด้วยผ้าปูโต๊ะพลาสติกเพื่อหลีกเลี่ยงคราบสกปรกและการเปลี่ยนสี

จะทำอย่างไรในกรณีที่สารฟอกขาวรั่วไหล?

หากสารฟอกขาวหก ส่วนใหญ่สามารถใช้ผ้าหรือกระดาษดูดซับได้ จากนั้นควรล้างพื้นผิวด้วยน้ำปริมาณมาก

หากระหว่างที่สารฟอกขาวหกเลอะเสื้อผ้า แนะนำให้เปลี่ยนเสื้อผ้าที่ได้รับผลกระทบและซักทันทีเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนสี

ขั้นตอนการทดลอง

การทดลองนี้สามารถดำเนินการได้หลายวิธีเพื่ออธิบายลักษณะต่างๆ ของปฏิกิริยาเคมีในสารละลายที่เป็นน้ำ ต่อไป จะมีการเสนอการทดลองพื้นฐานสองรายการ และหลังจากนั้น จะมีการแนะนำรูปแบบต่างๆ ที่อาจน่าสนใจ

การทดลอง ก

1. ใช้ถ้วยตวง เติมน้ำบริสุทธิ์ลงในเหยือกหรือแก้วครึ่งหนึ่ง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เติมน้ำในปริมาณที่เท่ากันในแต่ละเหยือก ไม่สำคัญว่าระดับน้ำในเหยือกทั้งหมดจะไม่เท่ากันหรือไม่ สิ่งนี้เป็นสิ่งที่คาดหวังได้หากไม่เหมือนกันทั้งหมด
2. เติมสีย้อม 4 หยดที่มีสีต่างกันในแต่ละขวดแล้วเขย่าโดยใช้ช้อน คุณสามารถผสมสีได้ในบางขวด แต่ต้องแน่ใจว่าจำนวนหยดทั้งหมดไม่เกินสี่หยด
3. ใช้ขวดแรกแล้วเติมสารฟอกขาวทีละหยดโดยใช้ที่หยด ในขณะที่ใช้ช้อนคนให้เข้ากัน สีควรเริ่มจางลงเมื่อปฏิกิริยาเคมีดำเนินไป หยดต่อไปเรื่อยๆ จนกว่าสีจะหมด อย่าลืมนับจำนวนหยดที่คุณต้องเติมเพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้น
4. ทำขั้นตอนนี้ซ้ำกับขวดอื่นๆ โดยจดบันทึกจำนวนหยดที่ต้องใช้เพื่อทำให้สารละลายแต่ละสีจางลง
5. หลังจากลดสีของสารละลายแล้ว ให้เลือกหนึ่งในนั้นแล้วเติมคราบอีกสี่หยดลงไป อาจเป็นสีเดิมหรือสีอื่นก็ได้ สังเกตความแตกต่างระหว่างสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงแรกเมื่อหยดสีย้อมลงในน้ำบริสุทธิ์ หากปริมาณน้ำด่างที่คุณเติมในตอนแรกมากเกินไป สีของสีย้อมครั้งที่สองก็จะหายไปด้วย โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มน้ำด่างอีก

การทดลอง B

เพื่อให้ประสบความสำเร็จ การทดลองนี้ต้องการการมีส่วนร่วมของคนสองหรือสามคนที่สามารถเป็นเด็กได้:

1. ในขวดสะอาดสี่ขวด ให้เติมน้ำในปริมาณเท่ากันกับที่เติมในแต่ละขวดในการทดลองครั้งก่อน ติดฉลากขวดเหล่านี้ด้วยหมายเลข 1 ถึง 4
2. เติมสีผสมอาหารชนิดเดียวกัน 4 หยดลงในแต่ละสี โดยควรใช้สีเริ่มต้นที่เข้มข้นที่สุด
3. ในช้อนและใช้หลอดหยด เติมสารฟอกขาวจำนวนเท่าๆ กันซึ่งจำเป็นสำหรับการลดสีของสารละลายนี้ในการทดลองครั้งก่อน
4. ในช้อนที่สอง ให้เติมน้ำด่างเพียงครึ่งเดียวจากขั้นตอนที่ 3
5. ในช้อนที่สามให้เติมน้ำด่างเพียงหนึ่งในสี่จากขั้นตอนที่ 3
6. ด้วยความช่วยเหลือจากหนึ่งหรือสองคน พวกเขาควร เทส่วนผสมของช้อนแรกในโถ 1 ออกพร้อมกัน ช้อนที่สองในโถ 2 และช้อนที่สามในโถ 3 หยุดเขย่าและสังเกตว่าเกิดอะไรขึ้น
7. คุณสามารถเริ่มนับเวลาจากที่เติมน้ำด่างลงในขวดแก้วทั้งสามขวดโดยใช้นาฬิกาจับเวลา โดยสังเกตเวลาที่สารละลายแต่ละชนิดใช้ในการทำให้สีจางลง โซลูชัน 1 ควรเปลี่ยนสีเร็วกว่า 2 และโซลูชัน 3

การทดลองทางเลือก

หากต้องการ คุณสามารถทำการทดสอบข้างต้นซ้ำได้โดยเปลี่ยนเงื่อนไขการทดลองต่างๆ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถทำซ้ำขั้นตอนเดิมแต่ใช้น้ำร้อนแทนน้ำอุณหภูมิห้อง ปฏิกิริยาควรจะเร็วขึ้นมาก

อีกทางเลือกหนึ่งคือการสังเกตผลของค่า pH ที่มีต่อสีและอัตราการเกิดปฏิกิริยา เนื่องจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันหลายอย่างเช่นปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องในที่นี้ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยการมีอยู่ของกรดหรือเบส ในมุมมองนี้ คุณสามารถทำการทดลองเหล่านี้ซ้ำได้ แต่เติมน้ำส้มสายชูในปริมาณคงที่ลงในภาชนะและสารละลายคาร์บอเนตหรือโซดาไบคาร์บอเนตในปริมาณคงที่ลงในภาชนะอื่นๆ

คำอธิบายของผลลัพธ์

สีผสมอาหารทำมาจากอะไร?

สีผสมอาหารเป็นสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงของสารประกอบอินทรีย์ประเภทต่างๆ สารประกอบเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะที่ส่วนหนึ่งของโครงสร้างที่เรียกว่า โครโมฟอร์ สามารถดูดซับสีเฉพาะของแสงที่มองเห็นได้ อนุญาตหรือสะท้อนแสงอื่นๆ ทั้งหมด ในการทำเช่นนั้น โครโมฟอร์จะให้สารประกอบและดังนั้นสารละลายใดๆ ที่มีส่วนประกอบนั้น มีสีเสริมให้กับสารที่ถูกดูดซับ สีเสริมสามารถเห็นได้ที่ด้านตรงข้ามของวงล้อสีดังที่แสดงด้านล่าง:

วงล้อสีเสริมที่แสดงด้านบนแสดงให้เห็นว่าสีใดถูกดูดซับตามสีที่เราสังเกตเห็นจริง ดังนั้น สีย้อมที่ปรากฏเป็นสีน้ำเงินจึงมีโครโมฟอร์ที่ดูดซับสีตรงข้าม ซึ่งก็คือสีเหลือง ในขณะที่สีย้อมสีเขียวจะดูดซับสีม่วงแดง เป็นต้น

สารฟอกขาวทำมาจากอะไร?

แม้ว่าจะมีสูตรที่ทันสมัยกว่า สารฟอกขาวก็เหมือนกับสารฟอกขาวส่วนใหญ่ ประกอบด้วยสารละลายเจือจางของเกลือที่เรียกว่าโซเดียมไฮโปคลอไรต์ ซึ่งมีสูตรคือ NaClO ไฮโปคลอไรต์เป็นสารออกซิไดซ์ ซึ่งหมายความว่าสามารถดึงอิเล็กตรอนออกจากสารเคมีอื่นๆ ได้

โซเดียมไฮโปคลอไรต์มีความสามารถในการออกซิไดซ์สารประกอบอินทรีย์หลายชนิด ซึ่งหลายชนิดจำเป็นต่อการทำงานและการอยู่รอดของจุลินทรีย์ ด้วยเหตุนี้ นอกจากจะใช้เป็นสารฟอกขาวแล้ว ไฮโปคลอไรต์ยังใช้เป็นสารฆ่าเชื้อพื้นผิวอีกด้วย

ทำไมสีถึงหายไปกับสารฟอกขาว?

อย่างที่เราเพิ่งเห็น สีผสมอาหารมักเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีโครโมฟอร์ ซึ่งมักจะประกอบด้วยส่วนหนึ่งของโมเลกุลที่มีพันธะคู่หรือพันธะสามจำนวนมาก ซึ่งไวต่อการถูกออกซิไดซ์โดยไฮโปคลอไรต์เป็นพิเศษ เมื่อเราเติมสารตัวหลังลงในสารละลาย มันจะเริ่มออกซิไดซ์พันธะคู่เหล่านี้ทันที ซึ่งจะเป็นการทำลายโครโมฟอร์และทำให้โมเลกุลของสีย้อมไม่สามารถดูดซับแสงและให้สีแก่สารละลายได้

ทำไมหยดสีย้อมที่เติมหลังจากการฟอกสีครั้งแรกจึงฟอกสีด้วย?

ข้อสังเกตนี้มีประโยชน์มากในการอธิบายแนวคิดของสารตั้งต้นจำกัดและสารตั้งต้นส่วนเกิน การเติมสารฟอกขาวอย่างต่อเนื่องจนกว่าสารละลายจะเปลี่ยนสีหมด มีความเป็นไปได้มากที่เราเติมไฮโปคลอไรต์มากเกินไป และไฮโปคลอไรต์จะเหลืออยู่แม้ว่าสีย้อมเดิมจะหมดไปแล้วก็ตาม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในการทดลองเหล่านี้ สีย้อมเป็นตัวแทนของรีเอเจนต์ที่จำกัด เนื่องจากมันถูกใช้จนหมด (ซึ่งเรายืนยันด้วยสายตาด้วยการสูญเสียสีทั้งหมด) ในขณะที่สารฟอกขาวหรือโซเดียมไฮโปคลอไรต์ที่แม่นยำกว่า คือรีเอเจนต์ส่วนเกิน อย่างหลังได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่าสารละลายที่ฟอกขาวยังคงมีความสามารถในการออกซิไดซ์สีย้อมได้มากขึ้น ซึ่งแสดงว่ายังคงมีไฮโปคลอไรต์อยู่

ความแตกต่างระหว่างสีย้อม

หากคุณทดลองกับสีย้อมต่างๆ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้คงสภาพเดิม น้ำปริมาณเท่าเดิม และปริมาณสารฟอกขาวเท่ากัน สีที่ต่างกันมักจะหายไปในอัตราที่ต่างกัน อาจเนื่องมาจากปัจจัยหลายประการ ได้แก่ :

• ความแตกต่างของความเข้มข้นในสีย้อมดั้งเดิม
• ความแตกต่างของความไวต่อการถูกออกซิไดซ์โดยไฮโปคลอไรต์
• ความแตกต่างของความเข้มของสีเริ่มต้น และอื่นๆ

ในทางกลับกัน ในกรณีของการทดลอง B ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างขวดสามขวดแรกคือความเข้มข้นของสารฟอกขาว ควรเห็นได้ชัดว่าสารละลายแรกเปลี่ยนสีเร็วกว่าสารละลายที่สอง และสารละลายนี้มากกว่าสารละลายที่สาม ซึ่งแสดงให้เห็นถึงหลักการของจลนพลศาสตร์เคมีที่ขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารตั้งต้น

อ้างอิง

Amoquímicos โคลอมเบีย SAS (sf) โซเดียมไฮโปคลอไรต์: การใช้ ลักษณะเฉพาะ และคำแนะนำในการจัดการ อะโมเคมีคอล.คอม. https://www.amoquimicos.com/hipoclorito-de-sodio-para-prevenir-enfermedades

สีผสมอาหาร: คืออะไร มีไว้เพื่ออะไร และประเภท . (2562, 10 กุมภาพันธ์). ห้องสมุดผู้บริโภค https://www.consumoteca.com/alimentacion/colorante-alimentario/

โครโมฟอร์ (น). เคมี.is. https://www.quimica.es/enciclopedia/Crom%C3%B3foro.html

de La Rosa, G., & Figueroa-Gerstenmaier, S. (2019). ไฮโปคลอไรต์และคลอรีน : การดูแลสองประเภท ยูเกรก้า. https://www.ugto.mx/eugreka/contribuciones/262-el-hipoclorito-y-el-cloro-dos-tipos-de-cuidado