Vědecké projekty o tom, co mrzne rychleji: voda nebo cukrová voda?

Státní a obecní vlády často dávají sůl jako rozmrazovací prostředek na silnicích. Funguje tak, že účinně snižuje teplotu tání ledu. Tento jev - známý jako deprese bodu mrazu - také poskytuje základ pro řadu vědeckých projektů. Projekty se mohou pohybovat od jednoduchých až po složité - doplněné o matematické předpovědi - v závislosti na úrovni známek studenta. Seznam požadovaného vybavení dále obsahuje pouze pánev na omáčky a teploměr.

Když se pevné látky rozpustí ve vodě, tvoří malé diskrétní částice. V případě organických látek, jako je cukr, se částice skládají z jednotlivých molekul cukru. V případě solí, jako je kuchyňská sůl, známá také jako chlorid sodný, se částice skládají z nabitých iontů, které tvoří sůl. Přítomnost částic ve vodě narušuje schopnost molekul vody vázat se dohromady a tvořit pevnou látku, jak se teplota vody blíží bodu mrazu. K depresi bodu mrazu dochází ve všech kapalinách, nejen ve vodě.

Experimentátor musí věnovat zvláštní pozornost tomu, co přesně měří a jak to měří. Tím se dostáváme k základní otázce kladení správných otázek. Měla by se v tomto konkrétním případě experimentátorka zabývat tím, co mrzne rychleji, nebo teplotou, při které dochází k mrazu? Otázka, co zamrzá rychleji, naznačuje, že pokud by vzorek vody a vzorek cukrové vody byly umístěny současně do mrazničky, pak by jeden z nich zamrzl před druhým. Ale jaké informace by to vlastně poskytlo? Rychlost, s jakou látka zmrzne, souvisí mimo jiné s parametry řešení

instagram story viewer
tepelná kapacita a množství látky. Lepší volbou v tomto případě by bylo změřit teplotu, při které řešení zamrzne, protože to odpovídá na důležitější otázku: Ovlivňují nečistoty ve vodě bod mrazu, a pokud ano, jak hodně?

Chemici a fyzici dobře založili vědu a matematiku za depresí bodu mrazu. Pro pokročilé studenty nebo studenty se silným zájmem o matematiku je standardní rovnicí pro depresi bodu mrazu delta (T) řešení delta (T) = -k * m, kde k představuje molalovou konstantu bodu mrznutí deprese rozpouštědla a m představuje molalitu roztoku nebo moly částic děleno kilogramy solventní. To se zdá složitější, než ve skutečnosti je. Za předpokladu, že voda představuje jediné rozpouštědlo použité v experimentu, k = 1,86. Navíc cukr, známý také jako sacharóza, vykazuje molekulovou hmotnost 342,3. Rovnice pro depresi bodu tuhnutí se nyní zjednodušuje na delta (T) = -1,86 * (gramy sacharózy / 342,3 / kg vody). Například pokud bylo 10 gramů sacharózy rozpuštěno ve 100 ml vody, pak 100 ml = 100 g = 0,100 kg a delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 stupňů Celsia. Toto řešení by tedy mělo zmrznout při teplotě 0,54 stupňů Celsia pod bodem mrazu čisté vody.

Přeskupení rovnice z kroku 3 by experimentátorovi umožnilo měřit delta (T) a poté vyřešit molekulovou hmotnost sacharózy. To znamená, že MW = (-1,86 * gramy sacharózy) / (delta (T) * kg vody). Ve skutečnosti mnoho studentů chemie na střední a vysoké škole provádí experimenty, ve kterých experimentálně určují molekulovou hmotnost neznámé látky. Metoda funguje také s ohledem na body varu, s výjimkou změny hodnoty k na 0,52.

Teachs.ru
  • Podíl
instagram viewer