Επιστημονικά έργα για το τι παγώνει ταχύτερα: Νερό ή νερό ζάχαρης;

Οι πολιτειακές και δημοτικές κυβερνήσεις διανέμουν συχνά αλάτι ως παράγοντα αποπάγωσης στους δρόμους. Λειτουργεί μειώνοντας αποτελεσματικά τη θερμοκρασία τήξης του πάγου. Αυτό το φαινόμενο - γνωστό ως κατάθλιψη - παρέχει επίσης τη βάση για μια ποικιλία επιστημονικών έργων. Τα έργα μπορούν να κυμαίνονται από απλό έως περίπλοκο - πλήρες με μαθηματικές προβλέψεις - ανάλογα με το επίπεδο βαθμού του μαθητή. Επιπλέον, ο κατάλογος του απαιτούμενου εξοπλισμού περιλαμβάνει μόνο μια κατσαρόλα και ένα θερμόμετρο.

Όταν τα στερεά διαλύονται στο νερό, σχηματίζουν μικρά, διακριτά σωματίδια. Στην περίπτωση οργανικών ουσιών όπως η ζάχαρη, τα σωματίδια αποτελούνται από μεμονωμένα μόρια σακχάρου. Στην περίπτωση αλάτων, όπως επιτραπέζιο άλας, επίσης γνωστό ως χλωριούχο νάτριο, τα σωματίδια αποτελούνται από τα φορτισμένα ιόντα που συνθέτουν το άλας. Η παρουσία σωματιδίων στο νερό παρεμβαίνει στην ικανότητα των μορίων του νερού να συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα στερεό καθώς η θερμοκρασία του νερού πλησιάζει το σημείο πήξης του. Η κατάθλιψη του σημείου πήξης εμφανίζεται σε όλα τα υγρά, όχι μόνο στο νερό.

instagram story viewer

Ένας πειραματιστής πρέπει να δώσει ιδιαίτερη προσοχή στο τι ακριβώς μετρά και πώς το μετρά. Αυτό έρχεται στο βασικό ζήτημα της υποβολής των σωστών ερωτήσεων. Σε αυτήν τη συγκεκριμένη περίπτωση, θα πρέπει ο πειραματιστής να ασχολείται με το τι παγώνει γρηγορότερα ή με τη θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει η κατάψυξη; Το ερώτημα του τι παγώνει γρηγορότερα υπονοεί ότι εάν ένα δείγμα νερού και ένα δείγμα νερού ζάχαρης τοποθετήθηκαν ταυτόχρονα σε έναν καταψύκτη, τότε ένα από αυτά θα παγώσει πριν από το άλλο. Αλλά ποιες πληροφορίες θα παρείχαν πραγματικά; Η ταχύτητα με την οποία παγώνει μια ουσία σχετίζεται, μεταξύ άλλων παραμέτρων, με τη λύση θερμοχωρητικότητα και την ποσότητα της ουσίας. Η καλύτερη επιλογή σε αυτήν την περίπτωση θα ήταν να μετρηθεί η θερμοκρασία στην οποία παγώνουν τα διαλύματα επειδή Αυτό απαντά στο πιο σημαντικό ερώτημα: Οι ακαθαρσίες στο νερό επηρεάζουν το σημείο πήξης του και, εάν ναι, πώς πολύ?

Οι χημικοί και οι φυσικοί έχουν καθιερώσει την επιστήμη και τα μαθηματικά πίσω από την κατάθλιψη. Για προχωρημένους μαθητές, ή για εκείνους που έχουν έντονο ενδιαφέρον για τα μαθηματικά, η τυπική εξίσωση για την κατάθλιψη του σημείου πήξης, το δέλτα (Τ), μιας λύσης είναι το δέλτα (Τ) = -k * m, όπου το k αντιπροσωπεύει τη σταθερά κατάθλιψης του μοριακού σημείου πήξης του διαλύτη και το m αντιπροσωπεύει τη μοριακότητα του διαλύματος ή moles των σωματιδίων διαιρούμενο με τα κιλά διαλυτικό μέσο. Αυτό φαίνεται πιο περίπλοκο από ό, τι είναι στην πραγματικότητα. Υποθέτοντας ότι το νερό αντιπροσωπεύει τον μοναδικό διαλύτη που χρησιμοποιείται στο πείραμα, k = 1,86. Επιπλέον, η ζάχαρη, επίσης γνωστή ως σακχαρόζη, παρουσιάζει μοριακό βάρος 342,3. Η εξίσωση για κατάθλιψη σημείου κατάψυξης απλοποιείται τώρα σε δέλτα (T) = -1,86 * (γραμμάρια σακχαρόζης / 342,3 / kg νερού). Έτσι, για παράδειγμα, εάν 10 γραμμάρια σακχαρόζης διαλύθηκαν σε 100 mL νερού, τότε 100 mL = 100 g = 0.100 kg, και δέλτα (Τ) = -1.86 * (10 / 342.3 / 0.1) = -0.54 βαθμούς Κελσίου. Έτσι, αυτή η λύση πρέπει να παγώσει σε θερμοκρασία 0,54 βαθμούς Κελσίου κάτω από το σημείο πήξης καθαρού νερού.

Η αναδιάταξη της εξίσωσης από το Βήμα 3 θα επέτρεπε σε έναν πειραματιστή να μετρήσει το δέλτα (Τ) και στη συνέχεια να λύσει για το μοριακό βάρος, MW, σακχαρόζης. Δηλαδή, MW = (-1,86 * γραμμάρια σακχαρόζης) / (δέλτα (Τ) * kg νερού). Στην πραγματικότητα, πολλοί μαθητές χημείας σε επίπεδο γυμνασίου και κολεγίου διεξάγουν πειράματα στα οποία προσδιορίζουν πειραματικά το μοριακό βάρος μιας άγνωστης ουσίας. Η μέθοδος λειτουργεί επίσης σε σχέση με τα σημεία βρασμού, εκτός από την τιμή του k αλλάζει σε 0,52.

Teachs.ru
  • Μερίδιο
instagram viewer