Vedecké projekty o tom, čo rýchlejšie zamrzne: voda alebo cukrová voda?

Štátne a obecné samosprávy často dávajú soľ ako rozmrazovacie činidlo na cesty. Účinkuje tak, že účinne znižuje teplotu topenia ľadu. Tento jav - známy ako depresia bodu mrazu - poskytuje základ aj pre rôzne vedecké projekty. Projekty sa môžu pohybovať od jednoduchých až po zložité - spolu s matematickými predikciami - v závislosti od stupňa študenta. Zoznam požadovaného vybavenia ďalej obsahuje iba panvicu na omáčku a teplomer.

Keď sa tuhé látky rozpustia vo vode, tvoria malé, diskrétne častice. V prípade organických látok, ako je cukor, sa častice skladajú z jednotlivých molekúl cukru. V prípade solí, ako je kuchynská soľ, známa tiež ako chlorid sodný, sa častice skladajú z nabitých iónov, ktoré tvoria soľ. Prítomnosť častíc vo vode narúša schopnosť molekúl vody viazať sa spolu za vzniku pevnej látky, keď sa teplota vody blíži k bodu mrazu. Depresia bodu mrazu sa vyskytuje vo všetkých tekutinách, nielen vo vode.

Experimentátor musí venovať osobitnú pozornosť tomu, čo presne meria a ako to meria. Toto sa týka základnej otázky kladenia správnych otázok. Malo by sa v tomto konkrétnom prípade experimentátorka zaoberať tým, čo mrzne rýchlejšie, alebo teplotou, pri ktorej mrznutie nastáva? Otázka, čo rýchlejšie zamrzne, naznačuje, že ak by sa do mrazničky vložila súčasne vzorka vody a vzorka cukrovej vody, potom by jedna z nich zamrzla pred druhou. Aké informácie by to však v skutočnosti poskytovalo? Rýchlosť, s ktorou látka zamŕza, sa okrem iných parametrov týka aj riešenia

tepelná kapacita a množstvo látky. Lepšou voľbou v tomto prípade by bolo meranie teploty, pri ktorej roztoky zamrznú, pretože to odpovedá na dôležitejšiu otázku: Ovplyvňujú nečistoty vo vode jej bod tuhnutia, a ak áno, ako veľa?

Chemici a fyzici majú za sebou vedu a matematiku, ktoré stoja za poklesom bodu mrazu. Pre pokročilých študentov alebo študentov so silným záujmom o matematiku je štandardná rovnica pre pokles bodu mrazu delta (T) riešenia delta (T) = -k * m, kde k predstavuje molárnu konštantu poklesu bodu tuhnutia rozpúšťadla m a m predstavuje molalitu roztoku alebo móly častíc delené kilogramami solventný. Zdá sa to komplikovanejšie, ako to v skutočnosti je. Za predpokladu, že voda predstavuje jediné rozpúšťadlo použité v experimente, k = 1,86. Ďalej má cukor, tiež známy ako sacharóza, molekulovú hmotnosť 342,3. Rovnica pre depresiu bodu mrazu sa teraz zjednodušuje na delta (T) = -1,86 * (gramy sacharózy / 342,3 / kg vody). Napríklad, ak sa napríklad 10 gramov sacharózy rozpustilo v 100 ml vody, potom 100 ml = 100 g = 0,100 kg a delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 stupňov Celzia. Toto riešenie by teda malo zamrznúť pri teplote 0,54 stupňa Celzia pod bodom mrazu čistej vody.

Preskupenie rovnice z kroku 3 by experimentátorovi umožnilo merať delta (T) a potom vyriešiť molekulovú hmotnosť, sacharózy, MW. To znamená, že MW = (-1,86 * gramy sacharózy) / (delta (T) * kg vody). V skutočnosti veľa študentov chémie na strednej a vysokej škole uskutočňuje experimenty, pri ktorých experimentálne určujú molekulovú hmotnosť neznámej látky. Metóda funguje aj s ohľadom na body varu, s výnimkou zmeny hodnoty k na 0,52.

  • Zdieľam
instagram viewer