Proiecte științifice despre ceea ce înghețează mai repede: apă sau apă zahărată?

Guvernele de stat și municipale distribuie frecvent sare ca agent de degivrare pe drumuri. Funcționează prin scăderea eficientă a temperaturii de topire a gheții. Acest fenomen - cunoscut sub numele de depresie cu punct de îngheț - oferă, de asemenea, baza pentru o varietate de proiecte științifice. Proiectele pot varia de la simplu la complicat - complet cu predicții matematice - în funcție de nivelul de notă al elevului. În plus, lista echipamentelor necesare include doar o cratiță și un termometru.

Când solidele se dizolvă în apă, ele formează particule mici, discrete. În cazul substanțelor organice precum zahărul, particulele constau din molecule individuale de zahăr. În cazul sărurilor, cum ar fi sarea de masă, cunoscută și sub numele de clorură de sodiu, particulele constau din ionii încărcați care alcătuiesc sarea. Prezența particulelor în apă interferează cu capacitatea moleculelor de apă de a se lega împreună pentru a forma un solid pe măsură ce temperatura apei se apropie de punctul său de îngheț. Depresia punctului de îngheț apare în toate lichidele, nu doar în apă.

instagram story viewer

Un experimentator trebuie să acorde o atenție specială exact ce măsoară și cum o măsoară. Aceasta se reduce la problema fundamentală a punerii întrebărilor corecte. În acest caz particular, experimentatorul ar trebui să se preocupe de ceea ce îngheață mai repede sau de temperatura la care are loc înghețarea? Întrebarea a ceea ce îngheață mai repede implică faptul că dacă o probă de apă și o probă de apă cu zahăr ar fi plasate simultan într-un congelator, atunci una dintre ele ar îngheța înaintea celeilalte. Dar ce informații ar oferi asta de fapt? Viteza cu care o substanță îngheață se referă, printre alți parametri, la soluție capacitate termică și cantitatea de substanță. Alegerea mai bună în acest caz ar fi măsurarea temperaturii la care soluțiile îngheață, deoarece acest lucru răspunde la întrebarea mai importantă: Impuritățile din apă afectează punctul său de îngheț și dacă da, cum mult?

Chimiștii și fizicienii au stabilit bine știința și matematica din spatele depresiei punctului de îngheț. Pentru studenții avansați sau cei cu un interes puternic în matematică, ecuația standard pentru depresia punctului de îngheț, delta (T), a unei soluții este delta (T) = -k * m, unde k reprezintă constanta depresiei punctului de îngheț molar al solventului și m reprezintă molalitatea soluției sau moli de particule împărțite la kilogramele de solvent. Acest lucru pare mai complicat decât este de fapt. Presupunând că apa reprezintă singurul solvent utilizat în experiment, k = 1,86. Mai mult, zahărul, cunoscut și sub numele de zaharoză, prezintă o greutate moleculară de 342,3. Ecuația pentru depresia punctului de îngheț se simplifică acum la delta (T) = -1,86 * (grame zaharoză / 342,3 / kg de apă). De exemplu, dacă 10 grame de zaharoză au fost dizolvate în 100 ml de apă, atunci 100 ml = 100 g = 0,100 kg și delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 grade Celsius. Astfel, această soluție ar trebui să înghețe la o temperatură de 0,54 grade Celsius sub punctul de îngheț al apei pure.

Rearanjarea ecuației de la Pasul 3 ar permite unui experimentator să măsoare delta (T) și apoi să rezolve greutatea moleculară, MW, a zaharozei. Adică MW = (-1,86 * grame de zaharoză) / (delta (T) * kg apă). De fapt, mulți studenți la chimie la liceu și la facultate efectuează experimente în care determină experimental greutatea moleculară a unei substanțe necunoscute. Metoda funcționează și în ceea ce privește punctele de fierbere, cu excepția valorii k k se schimbă la 0,52.

Teachs.ru
  • Acțiune
instagram viewer