Znanstveni projekti o tome što se brže smrzava: voda ili šećerna voda?

Državne i općinske vlasti često dijele sol kao sredstvo za odleđivanje na cestama. Djeluje tako što učinkovito snižava temperaturu topljenja leda. Ova pojava - poznata kao depresija točke smrzavanja - također pruža osnovu za razne znanstvene projekte. Projekti mogu varirati od jednostavnih do složenih - zajedno s matematičkim predviđanjima - ovisno o razini učenika. Nadalje, popis potrebne opreme uključuje samo posudu za umak i termometar.

Kada se krutine otope u vodi, tvore male, diskretne čestice. U slučaju organskih tvari poput šećera, čestice se sastoje od pojedinačnih molekula šećera. U slučaju soli, poput kuhinjske soli, poznate i kao natrijev klorid, čestice se sastoje od nabijenih iona koji čine sol. Prisutnost čestica u vodi ometa sposobnost molekula vode da se vežu zajedno i stvaraju krutinu kako se temperatura vode približava točki smrzavanja. Depresija točke smrzavanja javlja se u svim tekućinama, ne samo u vodi.

Eksperimentator mora obratiti posebnu pažnju na to što točno mjeri i kako to mjeri. To se svodi na temeljno pitanje postavljanja pravih pitanja. Treba li se u ovom konkretnom slučaju eksperimentator baviti onim što se brže smrzava, ili temperaturom na kojoj dolazi do smrzavanja? Pitanje što se brže smrzava implicira da ako bi se uzorak vode i uzorak šećerne vode istovremeno stavili u zamrzivač, tada bi se jedan od njih smrznuo prije drugog. Ali koje bi to informacije zapravo dale? Brzina kojom se tvar ledi odnosi se, između ostalih parametara, na otopinu

instagram story viewer
toplinski kapacitet i količinu tvari. U ovom bi slučaju bolji izbor bio mjerenje temperature na kojoj se otopine smrzavaju jer ovo odgovara na važnije pitanje: Utječu li nečistoće u vodi na njezinu točku ledišta i ako jesu kako mnogo?

Kemičari i fizičari dobro su uspostavili znanost i matematiku iza depresije točke ledišta. Za napredne studente ili one koji se jako zanimaju za matematiku, standardna jednadžba za depresiju točke ledišta, delta (T), rješenja je delta (T) = -k * m, gdje k ​​predstavlja konstantu depresije molalne točke ledišta otapala, a m predstavlja molalnost otopine ili mola čestica podijeljenih s kilogramima otapalo. Čini se da je ovo složenije nego što zapravo jest. Pod pretpostavkom da voda predstavlja jedino otapalo korišteno u eksperimentu, k = 1,86. Nadalje, šećer, poznat i kao saharoza, ima molekularnu težinu od 342,3. Jednadžba za depresiju točke ledišta sada se pojednostavljuje na delta (T) = -1,86 * (grama saharoze / 342,3 / kg vode). Tako, na primjer, ako je 10 grama saharoze otopljeno u 100 ml vode, tada je 100 ml = 100 g = 0,100 kg, a delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 Celzijevih stupnjeva. Stoga bi se ova otopina trebala smrzavati na temperaturi od 0,54 Celzijeva stupnja ispod točke smrzavanja čiste vode.

Preuređivanje jednadžbe iz koraka 3 omogućilo bi eksperimentatoru da izmjeri deltu (T) i zatim riješi molekulsku težinu saharoze, MW. Odnosno, MW = (-1,86 * grama saharoze) / (delta (T) * kg vode). Zapravo, mnogi studenti kemije na gimnazijama i fakultetima provode eksperimente u kojima eksperimentalno određuju molekularnu težinu nepoznate tvari. Metoda djeluje i s obzirom na tačke ključanja, osim što se vrijednost za k mijenja na 0,52.

Teachs.ru
  • Udio
instagram viewer