Eksperimen: Kereaktifan unsur Kumpulan 17

Jika Kumpulan 1 menunjukkan kereaktifan bertambah menurun kumpulan, Kumpulan 17 menunjukkan trend bertentangan, dan tindak balas penyesaran ialah cara paling kemas untuk membuktikannya. Dengan melihat halogen mana yang boleh menolak halogen lain keluar daripada larutan garamnya, anda boleh menyusun klorin, bromin dan iodin mengikut tertib kereaktifan. Eksperimen ini amali teras bab Jadual Berkala. Panduan ini menyusun kaedah, pemerhatian, dan kemahiran Kertas 3 yang dihargai dalam pentaksiran amali.

Tujuan

Untuk membandingkan kereaktifan unsur Kumpulan 17 iaitu klorin, bromin dan iodin dengan menjalankan tindak balas penyesaran dengan larutan halida, dan mengaitkan trend kereaktifan dengan kedudukannya dalam kumpulan.

Radas dan bahan

• Air klorin, air bromin dan larutan iodin
• Larutan kalium klorida, kalium bromida dan kalium iodida
• Pelarut organik tanpa warna, contohnya 1,1,1-trikloroetana
• Tabung uji dan rak tabung uji
• Penitis
• Penyumbat untuk tabung uji
• Akses kepada kebuk wasap, gogal keselamatan

Prosedur

1. Labelkan tabung uji bagi setiap pasangan halogen–halida yang hendak diuji.
2. Ke dalam tabung uji berisi larutan kalium bromida, tambah sedikit air klorin.
3. Tambah isi padu kecil pelarut organik, sumbat tabung, goncang, dan biarkan lapisan mendap; perhatikan warna lapisan organik di bawah.
4. Ulang dengan air klorin ditambah ke larutan kalium iodida.
5. Ulang dengan air bromin ditambah ke larutan kalium iodida.
6. Sebagai kawalan, tambah air bromin ke larutan kalium klorida dan larutan iodin ke larutan kalium bromida dan kalium klorida.
7. Dalam setiap kes, goncang dengan pelarut organik dan catat warna lapisan organik.
8. Gunakan corak halogen mana yang muncul untuk menyusun ketiga-tiga halogen mengikut tertib kereaktifan.

Pemerhatian yang dijangka

Apabila air klorin ditambah ke larutan kalium bromida, larutan bertukar jingga dan lapisan organik menjadi jingga–perang, menunjukkan bromin telah disesarkan. Apabila air klorin ditambah ke kalium iodida, warna perang muncul dan lapisan organik bertukar ungu, menunjukkan iodin telah disesarkan. Apabila air bromin ditambah ke kalium iodida, iodin sekali lagi disesarkan dan lapisan organik bertukar ungu. Dalam tabung kawalan, bromin dengan klorida, dan iodin dengan bromida atau klorida, tiada perubahan warna, kerana tiada penyesaran berlaku.

Inferens dan kesimpulan

Halogen yang lebih reaktif menyesarkan halogen yang kurang reaktif daripada larutan halidanya. Klorin menyesarkan kedua-dua bromin dan iodin; bromin menyesarkan iodin tetapi bukan klorin; iodin tidak menyesarkan mana-mana. Tertib kereaktifan oleh itu ialah klorin, kemudian bromin, kemudian iodin, jadi kereaktifan berkurang menurun Kumpulan 17. Ini kerana, menurun kumpulan, atom lebih besar dan petala terluar lebih jauh daripada nukleus, jadi atom kurang kuat menarik elektron yang masuk. Oleh sebab halogen bertindak balas dengan menerima satu elektron, atom yang lebih besar dan lebih ke bawah kurang reaktif.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

Membuat hipotesis. Semakin tinggi kedudukan halogen dalam Kumpulan 17, semakin reaktif ia, jadi ia boleh menyesarkan halogen di bawahnya daripada larutan garam halogen itu.

Mengenal pasti pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah halogen yang ditambah; pemboleh ubah bergerak balas ialah sama ada penyesaran berlaku (ditunjukkan oleh warna lapisan organik); pemboleh ubah dimalarkan termasuk larutan halida yang digunakan, kepekatannya dan isi padu pelarut organik.

Menjadualkan data. Lukis jadual dengan baris bagi setiap pasangan halogen–halida dan lajur bagi pemerhatian serta kesimpulan (penyesaran atau tiada penyesaran), supaya tertib kereaktifan boleh dibaca.

Membuat inferens. Daripada fakta bahawa klorin menyesarkan bromin dan iodin tetapi iodin tidak menyesarkan mana-mana, simpulkan tertib kereaktifan; daripada trend itu, simpulkan bahawa keupayaan menerima elektron berkurang menurun kumpulan.

Definisi secara operasi. Penyesaran ditakrifkan secara operasi sebagai telah berlaku apabila warna dalam lapisan organik ialah warna halogen yang asalnya dalam garam halida, bukan halogen yang ditambah.

Langkah keselamatan

• Bekerja di dalam kebuk wasap, kerana wap klorin dan bromin toksik dan merengsa paru-paru.
• Jauhkan pelarut organik daripada nyalaan, kerana ia dan wapnya boleh berbahaya dan sesetengah pelarut organik mudah terbakar.
• Pakai gogal keselamatan dan elakkan sentuhan kulit, kerana air bromin dan halogen menghakis.
• Sumbat tabung sebelum menggoncang, supaya kandungan dan wap tidak terbebas.

Ralat lazim

• Tidak menggunakan pelarut organik. Warna dalam air sukar dibezakan; lapisan organik menjadikan bromin (jingga) dan iodin (ungu) jelas.
• Pencemaran silang penitis. Menggunakan satu penitis untuk beberapa larutan memberi keputusan penyesaran palsu; guna penitis bersih bagi setiap satu.
• Menambah terlalu banyak air halogen. Warna berlebihan menutup keputusan; tambah sedikit dan goncang.
• Mengabaikan kawalan. Tanpa kawalan tiada tindak balas, tertib kereaktifan tidak dijustifikasikan sepenuhnya.

Menulis persamaan penyesaran

Setiap tindak balas penyesaran boleh ditulis sebagai persamaan yang menunjukkan halogen yang lebih reaktif menggantikan halogen yang kurang reaktif. Contohnya, klorin menyesarkan bromin daripada kalium bromida mengikut Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂, dan klorin menyesarkan iodin daripada kalium iodida mengikut Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂. Persamaan yang serupa ditulis apabila bromin menyesarkan iodin daripada kalium iodida. Warna dalam lapisan organik mengesahkan halogen yang dibebaskan, dan mengaitkan persamaan dengan pemerhatian ini menjadikan hujah kereaktifan lengkap. Berlatih menulis dan menyeimbangkan persamaan ini melindungi markah dalam soalan berstruktur dan respons terhad.

Cara guru kami menggunakan eksperimen ini

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu, diajar dalam bahasa Inggeris dari RM50 sejam, kami meletakkan ini di sebelah eksperimen Kumpulan 1 supaya pelajar melihat dua trend bertentangan dan boleh menerangkan kedua-duanya dari segi saiz atom dan pemindahan elektron. Pelajar yang boleh meramal setiap penyesaran dan menjustifikasikan tertib kereaktifan boleh menjawab soalan halogen yang berulang merentasi Kimia SPM. Kerana penaakulan penyesaran dan trend berkala ialah tugas Kertas 2 dan Kertas 3 yang lazim (Kertas 3 ialah Ujian Amali yang menaksir kemahiran proses sains), kefahaman kukuh eksperimen ini melindungi markah sepanjang topik Jadual Berkala.