Viinitislaus: Miten viinistä erotellaan sininen liekki ja tieteen taika!
Olen Kuwako Ken, tiedevalmentaja. Joka päivä on koe!
Ota viinistä kirkasta nestettä, sytytä se tuleen, ja sininen liekki roihuaa… Tämä hieman aikuisempi koe, joka tuntuu melkein alkemialta, on itse asiassa tieteellinen menetelmä nimeltä ”tislaus” (suomeksi ”tislaaminen” tai ”tislaus”), jota tehdään jo yläkoulun kemiassa!
Tällä kertaa sukellamme punaviinillä tehtävän tislauksen avulla siihen ihmeelliseen ilmiöön, kuinka neste muuttuu kaasuksi ja sitten takaisin nesteeksi. Tämä kokeellinen menetelmä on pohjana monille elämäämme kannatteleville tärkeille teknologioille, kuten alkoholijuomien, hajuvesien ja öljyn jalostukselle.
Koe sisältää toki vaaroja, mutta noudattamalla oikeita ohjeita ja varotoimia pääset nauttimaan tieteen jännittävyydestä täysin rinnoin. Olen koonnut huolella turvallisuusohjeet, jotta ne olisivat helposti ymmärrettäviä myös ensimmäistä kertaa opettaville, joten ota ne ihmeessä käyttöön. Lähdetään yhdessä matkalle tieteen taianomaiseen maailmaan!
Kokeen valmistelu: Kootaan maagiset välineet!
Esittelen ensin välineet, joita tässä kokeessa tarvitsemme.
Haarapohjainen pyörökolvi, 3 koeputkea, dekantterilasi (tai keitinlasi), teline, kaasupoltin, kolmijalka, metalliverkko, lämpömittari kumitulpalla, viini, tulitikut, sammutusastia, märkä riepu, työkäsineet, suojalasit
Tässä on viini, jota käytämme. Kokeen onnistumisen avain piilee alkoholipitoisuudessa. Tällä kertaa hankittu viini on 14-prosenttista (Amazonista). Tällä pitoisuudella on myöhemmin merkitystä!
Tärkeintä kaikesta! Säännöt turvalliseen kokeen suorittamiseen
Turvallisuus on etusijalla. Koska tässä kokeessa tapahtuu paljon onnettomuuksia, kuten palovammoja, ole erityisen varovainen. Jaan teille myös dioja, joita voitte käyttää tunneilla valokuvien avulla varotoimien tarkistamiseen. ▶Linkki opetuskäyttöön tarkoitettuihin dioihin
Nyt käytäntöön! Ohjeet aarteen erottamiseksi viinistä
Vaihe 1: Esivalmistelut ja asenne
Jaa viiniä 10 ml koeputkiin ja jaa ne ryhmille. Muista ehdottomasti käyttää työkäsineitä ja suojalaseja! Kokoa kokeelliset laitteet. Koska tässä kokeessa on paljon varottavaa ja palovammojen riski, on suositeltavaa, että opettaja näyttää etukäteen mallin (demonstraatio). Jos jaat viinin etukäteen 10 ml:n annoksiin koeputkiin, kokeen eteneminen sujuu sinä päivänä jouhevammin. 10 ml:n määrällä on oma tarkoituksensa. Jos alkoholipitoisuus olisi hieman alhaisempi, esimerkiksi 11 prosenttia, kannattaisi laittaa noin 13 ml. Laskelmat myöhemmin.
Vaihe 2: Viinin kaataminen kolviin
Kaada viiniä siten, että se ei pääse kolvin sivuhaaraan, joka on ylöspäin. Aseta lämpömittarin kärki kolvin sivuhaaran juuren tasalle. Miksi lämpömittari asetetaan tähän kohtaan? Siksi, että voidaan mitata tarkasti juuri nesteestä kaasuksi muuttuneen höyryn lämpötila.
Koe on kilpajuoksua aikaa vastaan. Aikaa on melko vähän. On oltava kekseliäs, esimerkiksi jakamalla valmistelut ja siivous luokkien kesken. Työkäsineistä on hyötyä palovammojen ehkäisyyn kuumia kumiputkia vaihdettaessa.
Muuten, kerättävän nesteen määrä on noin 1 ml, mutta tällä kertaa kerroin sen olevan noin 0,5 cm koeputken pohjasta (pikkusormen kynnen pituinen). Punaviinin käyttö on suositeltavaa, koska kirkkaan, värittömän nesteen kerääntyminen näkyy selvästi, ja muutos on helposti havaittavissa. Kolvin kiinnitysvarsi on tärkeää tarttua sivuhaaran haarautumiskohdan ”yläpuolelta”. Jos tartut alempaa, kaasuksi muuttunut alkoholi saattaa jäähtyä ja muuttua takaisin nesteeksi, mikä heikentää tehokkuutta.
Vaihe 3: Lämmitys alkaa!
Älä unohda lisätä ”kiehumakiveä”! Aseta aina metalliverkko ja varmista, ettei liekki keskity yhteen pisteeseen. Tarkkaile lämpötilan muutoksia samalla kun säädät kaasupolttimen tehoa.
Aseta kumiputken pää noin 1 cm koeputken yläpuolelle, jotta se ei kosketa nestettä keräävää koeputkea. Kumiputken taittuminen on vaarallista, joten pidä se suorana.
Nyt esiin astuu ”kiehumakivi”. Se on kuin onnenkalu, joka estää nesteen äkillisen räjähdysmäisen kiehumisen, eli ”pulppukiehunnan”. Kiehumakiven pinnalla olevat pienet epätasaisuudet auttavat kuplien nousemista rauhallisesti. #pulppukiehunnan ilmiötä selittää selkeästi tämä video.
Vaikka lämmitys aloitetaan, lämpömittarin lukema ei nouse heti. Koska mittaamme kaasun lämpötilaa, se ei reagoi heti nesteen lämmetessä. Kuitenkin, kun kiehuminen alkaa, lämpötila nousee räjähdysmäisesti! Tätä hetkeä ei pidä missata.
Vaihe 4: Nesteen kerääminen
Kun lämpötila ylittää 70 °C, sivuhaaraan alkaa kertyä nestettä. Kerää 1 ml nestettä jokaiseen kolmeen koeputkeen. Koeputkia vaihdettaessa on sujuvaa liikuttaa koko dekantterilasia.
Miksi alkoholi höyrystyy ennen vettä? Siksi, että aineilla on erilainen lämpötila, jossa ne muuttuvat nesteestä kaasuksi, eli erilainen ”kiehumispiste”. Veden kiehumispiste on 100 °C, kun taas alkoholin (etanolin) kiehumispiste on noin 78 °C. Se on kuin kuumassa kylvyssä, jossa alkoholi-kaveli luovuttaa ensin ja hyppää ulos.
Kun lämpötila ylittää 70 °C, ensin höyrystynyt alkoholi höyry jäähtyy sivuhaarassa ja tippuu jälleen nesteenä. Tätä keräämistä kutsutaan tislaukseksi. Kun ensimmäinen koeputki on täynnä, vaihda se nopeasti dekantterilasin kanssa. Tässä vaiheessa putki saattaa olla kuuma, joten työkäsineiden käyttö on turvallista.
Vaihe 5: Koe päättyy! Vaarallisin hetki
Välittömästi ennen tulen sammuttamista tai heti sen jälkeen, vedä kumiputki ehdottomasti pois koeputkesta. Aseta kuuma kumiputki märkään riepuun, ei veteen. Tämä on ehdoton vaatimus! Jos sammutat tulen kumiputken ollessa kiinni, kolvin sisällä oleva kaasu jäähtyy ja kutistuu nopeasti, imeäen ympäröivän nesteen sisään kuin pölynimuri. Tätä ilmiötä kutsutaan ”takaisinvirtaukseksi” (tai ”imemiseksi”). Kun kylmä neste virtaa kuumaan kolviin, lämpötilaero voi rikkoa lasin, mikä on erittäin vaarallista.
Tässä video, joka näyttää #takaisinvirtauksen kauheuden.
Kolvi imee nestettä ylös.
Oppilaat saattavat vahingossa laittaa kuuman kumiputken veteen, mikä on myös vaarallista. Märkä riepu on turvallinen paikka sen jäähdyttämiseen.
Yllättävät tulokset! Mitä kerätty neste on?
Tutkitaan kerättyjä kolmea nesteputkea.
Palamiskerros: Kaada 1. ja 2. putken nesteet höyrystysmaljaan ja vie lähelle tulitikun liekkiä… Ne syttyvät palaamaan sinisellä liekillä! Tämä todistaa, että ne sisältävät alkoholia.
Jäähdytysvaikutus: Jos tiputat nestettä sormellesi, tunnet sen kylmänä. Tämä johtuu ilmiöstä nimeltä ”höyrystymislämpö” (suomeksi usein ”haihtumislämpö”), jossa neste haihtuessaan ottaa lämpöä iholta. Sama periaate kuin kesällä, kun pihaa kastellaan vedellä.
Hajun muutos: Desinfiointiaineen kaltaisen pistävän alkoholin hajun seassa on viinin makea tuoksu. Tuoksuaineetkin tislautuivat mukaan.
Tämän viinin alkoholipitoisuus on 14 %, joten jaetussa 10 ml:ssa on noin 1,4 ml alkoholia. Siksi on odotettavissa, että 1. putki sisältää enimmäkseen alkoholia (alhaisempi kiehumispiste), 2. putki alkoholia ja vettä, ja 3. putki, jonka pääkomponentti on korkeamman kiehumispisteen vesi, ei syty helposti. Jos käytät 11 % alkoholia sisältävää viiniä, olisi hyvä ottaa aluksi noin 14 ml viiniä, jolloin:
14×0.11=1.54 ml
Jos keräät 1 ml kerrallaan, saat alkoholia yksin, puolet alkoholia ja puolet vettä, ja pelkkää vettä.
Tämä viinin tislauskokemus on erinomainen tilaisuus oppia tieteen perusajatus seosten erottelusta kiehumispisteiden erojen avulla. Samalla takaisinvirtauksen ja pulppukiehunnan kaltaiset ilmiöt opettavat tieteen tiukkuudesta ja turvallisuuden hallinnan tärkeydestä. Muista pitää mielessä turvallisuus ja nauti tästä upeasta kokemuksesta, joka tyydyttää tiedonjanoasi!
Tiedustelut ja pyynnöt
Tieteen ihmeitä ja jännittävyyttä lähemmäs! Olen koonnut selkeät ohjeet hauskoista kotona tehtävistä kokeista ja niiden nikseistä. Etsi lisää tietoa!
”Tieteen muistikirjan” sisältö on julkaistu kirjana. Lisätietoja täällä
Lisätietoja ylläpitäjä Kuwako Kenistä täällä
Erilaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeelliset työpajat, TV-konsultointi, esiintymiset jne.) täällä
– Artikkelipäivitykset lähetetään X:ssä!
Kokeellisia videoita on saatavilla Tieteen muistikirja -kanavalla!
