Videnskabsprojekter om, hvad der fryser hurtigere: vand eller sukkervand?

Statslige og kommunale regeringer udleverer ofte salt som afisningsmiddel på veje. Det virker ved effektivt at sænke isens smeltetemperatur. Dette fænomen - kendt som frysepunktsdepression - giver også grundlaget for en række videnskabelige projekter. Projekterne kan variere fra enkle til indviklede - komplet med matematiske forudsigelser - afhængigt af den studerendes karakterniveau. Desuden indeholder listen over påkrævet udstyr kun en saucepande og et termometer.

Når faste stoffer opløses i vand, danner de små, diskrete partikler. I tilfælde af organiske stoffer som sukker består partiklerne af individuelle sukkermolekyler. I tilfælde af salte, såsom bordsalt, også kendt som natriumchlorid, består partiklerne af de ladede ioner, der udgør saltet. Tilstedeværelsen af ​​partikler i vandet forstyrrer vandmolekylernes evne til at binde sig sammen for at danne et fast stof, når vandets temperatur nærmer sig dets frysepunkt. Nedtrykning af frysepunktet forekommer i alle væsker, ikke kun i vand.

instagram story viewer

En eksperimentator skal være særlig opmærksom på, hvad hun præcist måler, og hvordan hun måler det. Dette kommer til det grundlæggende spørgsmål om at stille de rigtige spørgsmål. Skal eksperimentatoren i dette særlige tilfælde beskæftige sig med, hvad der fryser hurtigere, eller temperaturen, hvor frysningen opstår? Spørgsmålet om, hvad der fryser hurtigere, indebærer, at hvis en prøve af vand og en prøve af sukkervand blev placeret i en fryser samtidigt, så ville den ene fryse før den anden. Men hvilke oplysninger ville det faktisk give? Den hastighed, hvormed et stof fryser, relaterer sig blandt andet til løsningens Varmekapacitet og mængden af ​​stof. Det bedre valg i dette tilfælde ville være at måle temperaturen, hvor løsningerne fryser, fordi dette svarer på det mere vigtige spørgsmål: Påvirker urenheder i vand dets frysepunkt, og i bekræftende fald af hvordan meget?

Kemikere og fysikere har veletableret videnskaben og matematikken bag frysepunktsdepression. For avancerede studerende eller dem med stor interesse for matematik er standardligningen for frysepunktsdepression, delta (T), af en løsning delta (T) = -k * m, hvor k repræsenterer molal frysepunkts depressionskonstant for opløsningsmidlet og m repræsenterer molaliteten af ​​opløsningen eller mol af partikler divideret med kilo opløsningsmiddel. Dette ser mere kompliceret ud end det faktisk er. Antages det, at vand repræsenterer det eneste opløsningsmiddel, der er anvendt i eksperimentet, er k = 1,86. Desuden udviser sukker, også kendt som saccharose, en molekylvægt på 342,3. Ligningen for nedtrykning af frysepunktet forenkles nu til delta (T) = -1,86 * (gram saccharose / 342,3 / kg vand). Så hvis for eksempel 10 gram saccharose blev opløst i 100 ml vand, så var 100 ml = 100 g = 0,100 kg og delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 grader Celsius. Denne opløsning skal således fryse ved en temperatur 0,54 grader Celsius under frysepunktet for rent vand.

Omarrangering af ligningen fra trin 3 vil give en eksperimentator mulighed for at måle delta (T) og derefter løse molekylvægten, MW, af saccharose. Det vil sige MW = (-1,86 * gram saccharose) / (delta (T) * kg vand). Faktisk udfører mange kemisk studerende på gymnasium og college niveau eksperimenter, hvor de eksperimentelt bestemmer molekylvægten af ​​et ukendt stof. Metoden fungerer også med hensyn til kogepunkter undtagen værdien for k ændres til 0,52.

Teachs.ru
  • Del
instagram viewer