Научни проекти за това, което замръзва по-бързо: вода или захарна вода?

Държавните и общинските правителства често разпределят солта като средство за размразяване по пътищата. Той работи, като ефективно понижава температурата на топене на леда. Този феномен - известен като депресия в точката на замръзване - също осигурява основата за различни научни проекти. Проектите могат да варират от прости до сложни - заедно с математически прогнози - в зависимост от степента на ученика. Освен това списъкът на необходимото оборудване включва само тиган за сос и термометър.

Когато твърдите вещества се разтварят във вода, те образуват малки, отделни частици. В случай на органични вещества като захар, частиците се състоят от отделни захарни молекули. В случай на соли, като например готварска сол, известна още като натриев хлорид, частиците се състоят от заредените йони, които изграждат солта. Наличието на частици във водата пречи на способността на водните молекули да се свързват заедно, за да образуват твърдо вещество, тъй като температурата на водата се доближава до точката на замръзване. Депресията в точката на замръзване възниква във всички течности, не само във водата.

instagram story viewer

Експериментаторът трябва да обърне специално внимание на това какво точно измерва и как го измерва. Това се свежда до основния въпрос за задаване на правилните въпроси. В този конкретен случай, трябва ли експериментаторът да се занимава с това, което замръзва по-бързо, или температурата, при която замръзването настъпва? Въпросът за това какво замръзва по-бързо предполага, че ако проба от вода и проба от захарна вода се поставят едновременно във фризер, тогава единият от тях ще замръзне преди другия. Но каква информация би предоставила това всъщност? Скоростта, с която дадено вещество замръзва, се отнася, наред с други параметри, до разтвора топлинен капацитет и количеството на веществото. По-добрият избор в този случай би бил да се измери температурата, при която разтворите замръзват, защото това отговаря на по-важния въпрос: Влияят ли примесите във водата върху точката й на замръзване и ако да по какъв начин много?

Химиците и физиците са утвърдили добре науката и математиката зад депресията на точката на замръзване. За напреднали ученици или тези, които имат силен интерес към математиката, стандартното уравнение за депресията на точката на замръзване, делта (T), на решение е delta (T) = -k * m, където k представлява константата на депресия на молалната точка на замръзване на разтворителя и m представлява молалността на разтвора или молове частици, разделени на килограмите от разтворител. Това изглежда по-сложно, отколкото е в действителност. Ако приемем, че водата представлява единственият разтворител, използван в експеримента, k = 1,86. Освен това захарта, известна също като захароза, има молекулно тегло от 342,3. Уравнението за депресия на точката на замръзване сега се опростява до делта (Т) = -1,86 * (грамове захароза / 342,3 / кг вода). Така например, ако 10 грама захароза се разтварят в 100 ml вода, тогава 100 ml = 100 g = 0,100 kg и делта (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 градуса по Целзий. По този начин този разтвор трябва да замръзне при температура 0,54 градуса по Целзий под точката на замръзване на чиста вода.

Пренареждането на уравнението от стъпка 3 ще позволи на експериментатор да измери делта (Т) и след това да реши молекулното тегло, MW, на захарозата. Тоест, MW = (-1,86 * грама захароза) / (делта (Т) * кг вода). Всъщност много ученици по химия в гимназията и колежа провеждат експерименти, в които експериментално определят молекулното тегло на неизвестно вещество. Методът работи и по отношение на точките на кипене, освен стойността за k се променя на 0,52.

Teachs.ru
  • Дял
instagram viewer