Tudományos projektek arról, hogy mi fagy gyorsabban: víz vagy cukorvíz?

Az állami és önkormányzati kormányok gyakran adnak sót jégtelenítő szerként az utakra. Úgy működik, hogy hatékonyan csökkenti a jég olvadási hőmérsékletét. Ez a jelenség - fagypont-depresszió néven ismert - számos tudományos projekt alapját is képezi. A projektek az egyszerűtől a bonyolultig terjedhetnek - matematikai előrejelzésekkel kiegészítve - a hallgató évfolyamszintjétől függően. Ezenkívül a szükséges felszerelések listája csak szószos serpenyőt és hőmérőt tartalmaz.

Amikor a szilárd anyagok vízben oldódnak, kicsi, különálló részecskéket képeznek. Olyan szerves anyagok esetében, mint a cukor, a részecskék egyedi cukormolekulákból állnak. Sók, például asztali só, más néven nátrium-klorid esetében a részecskék a sót alkotó töltött ionokból állnak. A részecskék jelenléte a vízben megzavarja a vízmolekulák azon képességét, hogy összekapcsolódva szilárd anyagot képezzenek, amikor a víz hőmérséklete megközelíti a fagyáspontját. A fagyáspont-depresszió minden folyadékban előfordul, nemcsak vízben.

instagram story viewer

Egy kísérletezőnek különös figyelmet kell fordítania arra, hogy pontosan mit mér és hogyan mér. Ez a helyes kérdések feltevésének alapvető kérdéséhez kapcsolódik. Ebben az esetben a kísérletezőnek foglalkoznia kell azzal, hogy mi fagy gyorsabban, vagy hogy milyen hőmérsékleten fagy meg a fagy? Az a kérdés, hogy mi fagy gyorsabban, azt jelenti, hogy ha egy vízmintát és egy cukorvízmintát egyidejűleg fagyasztóba helyeznének, akkor egyikük lefagyna a másik előtt. De milyen információkat szolgáltatna valójában? Az anyag lefagyásának sebessége egyéb paraméterek mellett a megoldás sebességéhez viszonyul hőkapacitás és az anyag mennyisége. A jobb választás ebben az esetben az a hőmérséklet mérése lenne, amelynél az oldatok megfagynak, mert ez megválaszolja a fontosabb kérdést: A vízben lévő szennyeződések befolyásolják-e a fagyáspontját, és ha igen, hogyan sokkal?

A kémikusok és a fizikusok jól megalapozták a tudományt és a matematikát a fagyáspont-depresszió mögött. Haladó hallgatók vagy azok számára, akiket nagyon érdekel a matematika, a megoldás fagyáspont-depressziójának standard egyenlete, delta (T) a delta (T) = -k * m, ahol k az oldószer moláris fagyáspont-depressziós állandója és m az oldat molalitása, vagy a részecskék molja elosztva a oldószer. Ez bonyolultabbnak tűnik, mint amilyen valójában. Feltételezve, hogy a kísérletben alkalmazott víz az egyetlen oldószer, k = 1,86. Ezenkívül a cukor, más néven szacharóz, molekulatömege 342,3. A fagyáspont-depresszió egyenlete delta-ra (T) = -1,86 * (gramm szacharóz / 342,3 / kg víz) egyszerűsödik. Tehát például, ha 10 gramm szacharózt feloldunk 100 ml vízben, akkor 100 ml = 100 g = 0,100 kg, és a delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 Celsius fok. Így ennek az oldatnak 0,54 Celsius-fokos hőmérsékleten a tiszta víz fagyáspontja alatt kell megfagynia.

A 3. lépés egyenletének átrendezése lehetővé tenné a kísérletező számára a delta (T) mérését, majd a szacharóz molekulatömegének (MW) megoldását. Vagyis MW = (-1,86 * gramm szacharóz) / (delta (T) * kg víz). Valójában sok középiskolai és főiskolai szintű kémiai hallgató végez kísérleteket, amelyek során kísérletileg meghatározzák egy ismeretlen anyag molekulatömegét. A módszer a forráspontok tekintetében is működik, azzal a különbséggel, hogy a k értéke 0,52-re változik.

Teachs.ru
  • Ossza meg
instagram viewer