Zinātnes projekti par to, kas ātrāk sasalst: ūdens vai cukurūdens?

Valsts un pašvaldību valdības bieži izplata sāli kā atledošanas līdzekli uz ceļiem. Tas darbojas, efektīvi pazeminot ledus kušanas temperatūru. Šī parādība, kas pazīstama kā sasalšanas punkta depresija, ir arī pamats dažādiem zinātnes projektiem. Projekti var būt no vienkāršiem līdz sarežģītiem - komplektā ar matemātiskām prognozēm - atkarībā no skolēna pakāpes. Nepieciešamā aprīkojuma sarakstā ir tikai mērces panna un termometrs.

Kad cietās vielas izšķīst ūdenī, tās veido mazas, atsevišķas daļiņas. Organisko vielu, piemēram, cukura, daļiņas sastāv no atsevišķām cukura molekulām. Sāļu, piemēram, galda sāls, kas pazīstams arī kā nātrija hlorīds, daļiņas sastāv no lādētiem joniem, kas veido sāli. Daļiņu klātbūtne ūdenī traucē ūdens molekulu spēju savstarpēji saistīties, veidojot cietvielu, kad ūdens temperatūra tuvojas sasalšanas temperatūrai. Sasalšanas punkta nomākums notiek visos šķidrumos, ne tikai ūdenī.

Eksperimentatoram jāpievērš īpaša uzmanība tam, ko viņa tieši mēra un kā to mēra. Tas attiecas uz pamatjautājumu par pareizo jautājumu uzdošanu. Vai šajā konkrētajā gadījumā eksperimentētājam būtu jāuztraucas par to, kas sasalst ātrāk, vai par temperatūru, kurā notiek sasalšana? Jautājums par to, kas sasalst ātrāk, nozīmē, ka, ja ūdens paraugs un cukura ūdens paraugs vienlaikus tiktu ievietoti saldētavā, tad viens no tiem sasaltu pirms otra. Bet kādu informāciju tas faktiski sniegtu? Vielas sasalšanas ātrums starp citiem parametriem attiecas arī uz šķīdumu

instagram story viewer
siltuma jauda un vielas daudzumu. Labāka izvēle šajā gadījumā būtu izmērīt temperatūru, kurā šķīdumi sasalst, jo tas atbild uz svarīgāko jautājumu: vai piemaisījumi ūdenī ietekmē tā sasalšanas temperatūru un, ja jā, tad kā? daudz?

Ķīmiķi un fiziķi ir labi pierādījuši zinātni un matemātiku aiz sasalšanas punkta depresijas. Progresīviem studentiem vai tiem, kuriem ir liela interese par matemātiku, šķīduma sasalšanas punkta depresijas standartvienādojums delta (T) ir delta (T) = -k * m, kur k ir šķīdinātāja molārā sasalšanas punkta nomākuma konstante un m ir šķīduma molalitāte, vai daļiņu molus dala ar kilogramiem šķīdinātājs. Tas šķiet sarežģītāk, nekā tas patiesībā ir. Pieņemot, ka ūdens ir vienīgais eksperimentā izmantotais šķīdinātājs, k = 1,86. Turklāt cukura, kas pazīstams arī kā saharoze, molekulmasa ir 342,3. Sasalšanas punkta pazemināšanās vienādojums tagad vienkāršojas līdz delta (T) = -1,86 * (saharozes grami / 342,3 / kg ūdens). Tā, piemēram, ja 10 grami saharozes tika izšķīdināti 100 ml ūdens, tad 100 ml = 100 g = 0,100 kg un delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 grādi pēc Celsija. Tādējādi šim šķīdumam vajadzētu sasalt temperatūrā, kas ir 0,54 grādi pēc Celsija zem tīra ūdens sasalšanas temperatūras.

Pārkārtojot vienādojumu no 3. soļa, eksperimentētājs varētu izmērīt deltu (T) un pēc tam atrisināt saharozes molekulmasu (MW). Tas ir, MW = (-1,86 * grami saharozes) / (delta (T) * kg ūdens). Patiesībā daudzi vidusskolas un koledžas līmeņa ķīmijas studenti veic eksperimentus, kuros eksperimentāli nosaka nezināmas vielas molekulmasu. Metode darbojas arī attiecībā uz viršanas temperatūru, izņemot to, ka k vērtība mainās uz 0,52.

Teachs.ru
  • Dalīties
instagram viewer