STEM ასისტენსი

საკვლევი კითხვა:

რა რაოდენობის ძმარმჟავაა სხვადასხვა სახეობის ძმარში?

შესავალი:

როგორც თქვენთვის ცნობილია ძმარს მჟავე გემო და მძაფრი სუნი აქვს. იცით თუ არა, როგორ მზადდება ძმარი? ძმრის მიღების უძველესი მეთოდია დაძმარების ბუნებრივი პროცესი - ფერმენტების მოქმედებით ღვინის სპირტი ჰაერზე იჟანგება, რაც შემდეგი რეაქციით გამოისახება:

თავად სპირტი კი მიიღება გლუკოზიდან საფუარი ფერმენტების მოქმედებით. ამ პროცესს სპირტული დუღილი ეწოდება. პროცესი საკმაოდ რთულია, თუმცა ის მარტივად შეიძლება შემდეგნაირად გამოისახოს:

ამდენად, გლუკოზის სხვადასხვა წყაროდანაა შესაძლებელია სპირტის მიღება. მაგ, ხორბალი, ბრინჯი, ალაო და სხვ. სწორედ იმის მიხედვით, თუ რომელი საწყისი პროდუქტიდანაა მიღებული, არსებობს სხვადასხვა სახეობის ძმარი. სურათი 1.

სურათი 1. სხვადასხვა ტიპის ძმარი

ამ პროექტის ფარგლებში თქვენ დაადგენთ ძმარმჟავის კონცენტრაციას სხვადასხვა სახეობის ძმარში გატიტვრის მეთოდის გამოყენებით. გატიტვრა არის ხსნარში ნივთიერების კონცენტრაციის განსაზღვრა ცნობილი კონცენტრაციის ხსნარის გამოყენებით. ცნობილი კონცენტრაციის ხსნარს სტანდარტულ ხსნარს უწოდებენ. ეკვივალენტობის წერტილის დასადგენად იყენებენ ინდიკატორს. სტანდარტულ ხსნარს ასხამენ ბიურეტში, ხოლო გასატიტრ (უცნობი კონცენტრაციის) ხსნარს ერლენმეიერის კოლბაში.

ძმარმჟავას კონცენტრაციის დასადგენად გამოიყენებთ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის (NaOH) განზავებულ ხსნარს, ხოლო ინდიკატორად ფენოლფტალეინს. ფენოლფტალეინი არის უფერო მჟავა და ნეიტრალურ გარემოში, ტუტე გარემოში კი ის ვარდისფერ შეფერილობას ღებულობს. ამიტომ, ინდიკატორიან საანალიზო ხსნარზე ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარის დამატებისას, როგორც კი მიიღებს ის ვარდისფერ შეფერილობას, ეს იმის ნიშანია რომ გატიტვრა დასრულებულია. სურათი 2.

სურათი 2. ეკვივალენტობის წერტილში ინდიკატორის ფერის ცვლილება

პროექტში გამოყენებული რესურსები:

• სამი სხვადასხვა სახეობის ძმარი
• ნატრიუმის ჰიდროქსიდის 0.1M ხსნარი
• 5 %-იანი ფენოლფტალეინის სპირტხსნარი
• 250 მლ-იანი ერლენმეიერის კოლბა
• ბიურეტი 50 მლ ან 60 მლ-იანი
• ბიურეტის დამჭერი
• პიპეტი
• შტატივი
• მზომი ცილინდრი
• ძაბრი
• გამოხდილი წყალი
• უსაფრთხოების სათვალე
• ლატექსის ხელთათმანი
• წამზომი
• სმარტფონი phyphox აპლიკაციიით

ბიურეტი (50 ან 60 მლ)	სამი სხვადასხვა სახეობის ძმარი	0.5 %-იანი ფენოლფტალეინის სპირტხსნარი	ნატრიუმის ჰიდროქსიდის 0.1M ხსნარი
ერლენმეიერის კოლბა  (250 მლ)	მენზურა	პიპეტი	წამზომი
შტატივი დამჭერით	სმარტფონი phyphox აპლიკაციიით	ლატექსის ხელთათმანი	უსაფრთხოების სათვალე

უსაფრთხოება:

რეკომენდებულია ლაბორატორიული ხალათის, ხელთათმანისა და დამცავი სათვალის გამოყენება.

ექსპერიმენტის პროცედურა:

1. ერლენმეირის კოლბაში პიპეტის საშუალებით გადაიტანეთ 5 მლ ძმარი
2. განაზავეთ 50 მლ-მდე გამოხდილი წყლით
3. დაამატეთ 0.5 მლ (დაახლოებით 10 წვეთი) 5 %-იანი ფენოლფტალეინის სპირტხსნარი (გაითვალისწინეთ, რომ ინდიკატორის დამატებისას ხსნარი ფერს არ შეიცვლის)
4. დაამაგრეთ ბიურეტი შტატივზე
5. ძაბრის გამოყენებით შეავსეთ ბიურეტი 1M ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარით
6. ჩაინიშნეთ ბიურეტში ხსნარის მოცულობის საწყისი ანათვალი. (გაითვალისწინეთ, რომ სითხე ბიურეტში ქმნის ერთგვარ მრუდს ე.წ მენისკს, რაც გამოწვეულია სითხის ზედაპირული დაჭიმულობით. ამიტომ აუცილებელია ბიურეტში ხსნარის მოცულობა აითვალოთ ქვედა მენისკით, ისე როგორც ეს სურათზეა მოცემული.

სურათი.3. სწორი ანათვალია 19.50 მლ

თუ გატიტვრისას გამოიყენებთ ტელეფონს, ტელეფონი მოათავსეთ გამჭვირვალე პარკში, რათა თავიდან აიცილოთ მისი დაზიანება ხსნარის დაღვრის შემთხვევაში. აპლიკაციაში გახსენით სინათლის სენსორი და დადეთ ბიურეტის ქვეშ, მასზე მოათავსეთ ძმრიანი კოლბა, ისე როგორც სურათზეა ნაჩვენები (სურათი 4)

სურათი 4. ხსნარის შეფერილობა გატიტვრამდე და გატიტვრის შემდეგ

გატიტვრის დაწყებამდე დააჭირეთ phyphox აპლიკაციაში ჩაწერის ღილაკს. შემდეგ გახსენით ბიურეტის ონკანი და წვეთ-წვეთობით დაამატეთ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი. ეცადეთ ხსნარს ურიოთ პერიოდულად და წვეთები დაამატოთ ერთნაირი სიხშირით. დათვალეთ წვეთების რაოდენობა ყოველ 10 წამში. ჩაიწერეთ მონაცემები. გააგრძელეთ პროცედურა მანამ, სანამ ხსნარი არ მიიღებს ვარდისფერ შეფერილობას. როდესაც ძმრის ხსნარი გახდება ვარდისფერი და არ გაუფერულდება რამდენიმე წამიანი მორევის შემდეგ, შეგიძლიათ ჩავთვალოთ, რომ გატიტვრა დასრულებულია. არ დაგავიწყდეთ მონაცემების ჩაწერა.

7. ჩაინიშნეთ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარის დახარჯული მოცულობა
8. ხელახლა შეავსეთ ბიურეტი ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარით და გაიმეორეთ ექსპერიმენტი.
9. თითოეული ძმრის ნიმუშზე გატიტვრა ჩაატარეთ სამჯერ (გაითვალისწინეთ, რომ განმეორებითი ცდის მონაცემები დაახლოებით ერთნაირი უნდა იყოს) და გამოთვალეთ დახარჯული ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარის საშუალო მოცულობა
10. გაიმეორეთ ეტაპები 1-9 სხვა სახეობის ძმრისთვის.
11. მონაცემები გადაიტანეთ ცხრილში

ექსპერიმენტის შედეგების დამუშავება:

ძმარმჟავასა და ნატრიუმის ჰიდროქსიდს შორის მიმდინარე რეაქცია გამოისახება ტოლობით:

ვინაიდან ძმარმჟავასა და ნატრიუმის ჰიდროქსიდის მოლთა თანაფარდობაა 1:1, ძმარში ძმარმჟავას კონცენტრაციის გამოსათვლელად შეიძლება გამოვიყენოთ ფიორმულა:

საიდანაც,

აღნიშნულ ფორმულაში:

M_NaOH - ნატრიუმის ჰიდროქსდის კონცენტრაციაა (0.1მოლ/ლ)
V_NaOH - გატიტვრაზე დახარჯული ნატრიუმის ჰიდროქსიდის მოცულობა, მლ
V CH₃COOH - ძმრის მოცულობა, რომელიც გამოყენებული იყო ექსპერიმენტში (5 მლ)
M CH₃COOH - ძმარმჟავას კონცენტრაცია ხსნარში

გაიმეორეთ გამოთვლები თითოეული სახეობის ძმრისთვის. შეადარეთ, რომელ ძმარშია ძმარმჟავას ყველაზე მაღალი კონცენტრაცია.

ტელეფონის აპლიკაციის საშულებით მიღებული მრუდების ანალიზი

გატიტვრის მრუდი საშუალებით შეგიძლიათ განსაზღვროთ ძმარმჟავის კონცენტრაცია საანალიზო ნიმუშში, მაშინაც კი, თუ გარკვეული მიზეზების გამო ვერ მოახერხეთ ექსპერიმენტის მონაცემების ჩაწერა. თქვენი ტელეფონის მეშვეობით ჩაწერილი გატიტვრის მრუდი უნდა გამოიყურებოდეს ისე როგორც ეს მოცემულია სურათზე 5

სურათი 5. გატიტვრის მრუდი phyphox აპლიკაციაში

როგორც ხედავთ სენსორის ჩვენებები გარკვეული დროის შემდეგ მკვეთრად იცვლება და შემდეგ ისევ მუდმივ მნიშვნელობას იღებს, ეს იმის მანიშნებელია, რომ ეკვივალენტობის წერტილი მიღწეულია. მაჩვენებლები მკვეთრად ეცემა რადგან თავიდან ხსნარი უფერული იყო და მეტი სინათლის შთაინთქა, ხოლო დროთა განმავლობაში შეფერილი ხსნარის წარმოქმნასთან ერთად ნაკლები სინათლის სხივი აღწევს სინათლის სენსორში.

მონაცემები phyphox აპლიკაციიდან აჩვენებს გატიტვრის მრუდს. x ღერძზე გადაზომილია დროს წამებში [s], ხოლო y ღერძძზე სინათლის ინტენსივობა. სურათი გვიჩვენებს, თუ როგორ შეგიძლიათ განსაზღვროთ ეკვივალენტობის წერტილის დრო. გახსენით გატიტვრის მრუდის ჩანაწერი phyphox აპლიკაციაში და გამოიყენეთ “pick data“ ინსტრუმენტი, რათა აირჩიოთ მონაცემთა წერტილი სინათლის ინტენსივობის უეცარი ვარდნის პერიოდში. მაგალითად, ზემოთ მოცემულ სურათზე ეკვივალენტობის წერტილი იქნება 315 წამი (5:15 წთ : წმ).

შენიშვნა: ეცადეთ აპლიკაცია ჩართოთ ზუსტად გატიტვრის დაწყებისას, რათა ზუსტად დაადგინოთ ეკვივალენტობის წერტილის მიღწევის დრო. თუ გატიტვრის მრუდის ჩაწერას დაიწყებთ უფრო ადრე, მაშინ ცდომილების თავიდან ასაცილებლად უნდა გამოაკლოთ დაწყების დრო.

შემდეგ ეტაპზე უნდა გაარკვიოთ, რამდენი ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი იქნა გამოყენებული ეკვივალენტობის წერტილამდე. ექსპერიმენტის დროს თქვენ ითვლიდით წვეთების რაოდენობას, რომელიც დაიხარჯა გატიტვრაზე. თუ მონაცემების აღება ვერ მოასწარით, ეს ინფორმაცია შეგიძლიათ ნახოთ აპლიკაციის მრუდზეც. გაადიდეთ (zoom in) მრუდი და დათვალეთ პიკების რაოდენობა. პიკები უნდა გამოიყურებოდეს ისე, როგორც ეს სურათზეა მოცემული. სურათი 6.

სურათი 6.

მრუდზე შეარჩიეთ 10 წამიანი ინტერვალი და დათვალეთ ჩავარდნების ან პიკების რაოდენობა, რაც შეესაბამება წვეთების რაოდენობას, ზემოთ მოცემული სურათის მიხედვით 5 წვეთი დაემატა 10 წამში. შესაბამისად 1 წამში წვეთების რაოდენობა იქნება 5/10 = 0.5 წვეთი.

შესაბამისად დაადგენთ რამდენი წამი დასჭირდა მჟავის განეიტრალებას. მაგალითად, თუ წვეთების ნაკადის სიჩქარეა 0.5 წვეთი წამში და მჟავა განეიტრალდა 602 წამის შემდეგ, მაშინ გამოდის რომ, თქვენ დაამატეთ 0.5 x 602 = 301 წვეთი ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი ძმრის ხსნარს.

თუ გაითვალისწინებთ იმასაც რომ, რომ ერთი წვეთი შეიცავს დაახლოებით 0.05 მლ სითხეს, მარტივად გამოითვლით რა მოცულობის ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი დაიხარჯა განეიტრალებაზე. მაგ, 301 x 0.05 = 15.05 მლ.

მირებული შედეგებიდან გამომდინარე, გაანალაზეთ, რამდენად თანხვედრაშია თქვენს მიერ ბიურეტის ანათვალიდან გამოთვლილი მოცულობა აპლიკაციით მიღებულ შედეგებთან? თუ შედეგსბ შორის დაადგენთ განსხვავებებს, ეცადეთ ახსნათ ეს ცდომილება.

ვარიაციები:

• როგორ განსხვავდება ძმარმჟავას კონცენტრაცია ლუდს ან ღვინოში?
• როგორია სხვადასხვა სასმელების მჟავიანობა, როგორიცაა: სხვადასხვა ხილის წვენები, სპორტული სასმელები, ყავა და ა.შ
• როგორ იცვლება ვაშლის სიდრის მჟავიანობა დროთა განმავლობაში?
• როგორ იცვლება მჟავიანობა ღვინის დაძმარების პროცესში?

გამოყენებული ლიტერატურა: