Eksperimen: Resapan zarah dalam jirim

Resapan ialah bukti harian bahawa zarah bergerak dengan sendirinya, dan dalam bab Jirim dan Struktur Atom ia digunakan untuk menegakkan dua idea sekali gus: bahawa zarah sentiasa bergerak secara rawak, dan bahawa terdapat ruang kosong antara zarah. Eksperimen ini menunjukkan resapan dalam cecair, di mana pepejal berwarna merebak melalui air, dan dalam gas, di mana dua wap bertemu dan bertindak balas. Panduan ini menyusun kaedah, pemerhatian, dan kemahiran Kertas 3 yang dihargai dalam pentaksiran amali.

Tujuan

Untuk menunjukkan bahawa zarah jirim sentiasa bergerak secara rawak dengan memerhati resapan bahan berwarna melalui cecair, dan resapan gas ke arah satu sama lain, serta mengaitkan pemerhatian dengan teori kinetik jirim.

Radas dan bahan

• Bikar berisi air dan sebutir kecil hablur kalium manganat(VII)
• Forsep atau straw untuk meletakkan hablur
• Tabung kaca panjang yang kering dengan dua penyumbat getah
• Kapas
• Larutan ammonia pekat dan asid hidroklorik pekat
• Dua penitis
• Kaki retort dan pengapit
• Akses kepada kebuk wasap

Prosedur

Resapan dalam cecair

1. Isikan bikar separuh penuh dengan air dan biarkannya sehingga air benar-benar tenang.
2. Menggunakan forsep atau straw, letakkan sebutir kecil hablur kalium manganat(VII) dengan perlahan di dasar bikar tanpa mengacau.
3. Biarkan bikar tanpa diganggu dan perhatikan warna di sekeliling hablur dari semasa ke semasa.
4. Catat bagaimana warna ungu merebak melalui air.

Resapan dalam gas

5. Sediakan tabung kaca panjang yang kering secara mengufuk pada kaki retort, sambil bekerja di dalam kebuk wasap.
6. Rendam sekeping kapas dengan larutan ammonia pekat dan sekeping lagi dengan asid hidroklorik pekat.
7. Pada masa yang sama, letakkan kapas berammonia di satu hujung tabung dan kapas berasid di hujung yang satu lagi, kemudian tutup kedua-dua hujung dengan penyumbat.
8. Perhatikan di mana gelang putih pepejal terbentuk di dalam tabung dan catat kedudukannya relatif kepada kedua-dua hujung.

Pemerhatian yang dijangka

Dalam cecair, warna ungu kalium manganat(VII) perlahan-lahan merebak keluar daripada hablur, mewarnakan air di sekelilingnya dan akhirnya menjadikan seluruh bikar ungu pucat yang sekata, walaupun air tidak diacau. Dalam tabung gas, gelang putih pepejal (ammonium klorida) terbentuk di dalam tabung; ia terbentuk lebih dekat kepada hujung yang memegang asid hidroklorik dan bukan di tengah.

Inferens dan kesimpulan

Warna ungu merebak kerana zarah kalium manganat(VII) bergerak secara rawak dan memasuki ruang antara zarah air, bergerak dari tempat ia pekat ke tempat ia kurang pekat sehingga tersebar sekata. Ini menunjukkan bahawa zarah sentiasa bergerak dan bahawa jirim mengandungi ruang antara zarah. Dalam tabung gas, kedua-dua gas meresap dan bertemu untuk membentuk pepejal putih. Gelang terbentuk lebih dekat kepada asid hidroklorik kerana zarah ammonia mempunyai jisim lebih kecil daripada zarah hidrogen klorida, jadi ia meresap lebih cepat dan bergerak lebih jauh sebelum kedua-dua gas bertemu. Resapan lebih cepat dalam gas berbanding cecair kerana zarah gas lebih jauh terpisah dan bergerak lebih bebas.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

Membuat hipotesis. Semakin tinggi suhu air, semakin cepat bahan berwarna meresap melaluinya.

Mengenal pasti pemboleh ubah. Dalam siasatan tentang bagaimana suhu mempengaruhi kadar resapan, pemboleh ubah dimanipulasi ialah suhu air, pemboleh ubah bergerak balas ialah masa yang diambil untuk warna merebak sejauh jarak tetap, dan pemboleh ubah dimalarkan ialah isi padu air, saiz hablur dan jenis bahan.

Menjadualkan data. Lukis jadual dengan lajur bagi pemboleh ubah dimanipulasi (contohnya suhu) dan lajur bagi pemboleh ubah bergerak balas (masa untuk warna mencapai satu tanda), masing-masing dicatat pada ketepatan yang konsisten.

Membuat inferens. Daripada kedudukan gelang putih, simpulkan bahawa gas yang lebih ringan meresap lebih cepat; daripada warna sekata air, simpulkan bahawa zarah bergerak tanpa ditolak.

Definisi secara operasi. Resapan ditakrifkan secara operasi sebagai perebakan satu bahan melalui bahan lain sehingga campuran menjadi seragam, tanpa diacau.

Langkah keselamatan

• Kendalikan ammonia pekat dan asid hidroklorik pekat di dalam kebuk wasap, kerana kedua-duanya membebaskan wasap yang mencekik dan menghakis.
• Pakai gogal keselamatan, kerana wasap dan larutan boleh merengsa atau mencederakan mata.
• Guna forsep untuk mengendalikan kapas berasid dan berammonia, supaya cecair menghakis tidak menyentuh kulit.
• Elakkan kotoran, kerana kalium manganat(VII) meninggalkan kesan perang yang degil pada kulit dan pakaian.

Ralat lazim

• Mengacau atau melanggar bikar. Sebarang gangguan mengadun air secara mekanik dan menyembunyikan resapan; biarkan bikar benar-benar tenang.
• Menggunakan hablur terlalu besar. Hablur besar menjadikan warna terlalu gelap untuk menilai perebakan; guna sebutir kecil sahaja.
• Tidak meletakkan dua kapas pada masa yang sama. Jika satu gas bermula dahulu, kedudukan gelang putih tidak lagi membandingkan kadar resapan secara adil.
• Bekerja di ruang terbuka dengan gas. Wasap berbahaya, jadi bahagian gas mesti dilakukan di dalam kebuk wasap, bukan di atas meja terbuka.

Cara guru kami menggunakan eksperimen ini

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu, diajar dalam bahasa Inggeris dari RM50 sejam, kami menggunakan resapan untuk mengukuhkan teori kinetik: pelajar yang boleh menerangkan kedua-dua warna yang merebak dan gelang putih yang tidak di tengah boleh menjawab soalan model zarah yang berulang merentasi Kimia SPM. Kerana menerangkan resapan dari segi pergerakan dan jisim zarah ialah idea Kertas 3 yang berulang (Kertas 3 ialah Ujian Amali yang menaksir kemahiran proses sains), kefahaman jelas eksperimen mudah ini menyokong keseluruhan teori Tingkatan 4.