Znanstveni projekti o tem, kaj hitreje zmrzne: voda ali sladkorna voda?

Državne in občinske vlade pogosto dajejo sol kot sredstvo za odtaljevanje na cestah. Deluje tako, da učinkovito znižuje temperaturo taljenja ledu. Ta pojav - znan kot depresija ledišča - je tudi podlaga za številne znanstvene projekte. Projekti se lahko gibljejo od preprostih do zapletenih - skupaj z matematičnimi napovedmi - odvisno od ravni študenta. Poleg tega seznam zahtevane opreme vključuje le ponev za omake in termometer.

Ko se trdne snovi raztopijo v vodi, tvorijo majhne, ​​ločene delce. V primeru organskih snovi, kot je sladkor, so delci sestavljeni iz posameznih molekul sladkorja. V primeru soli, kot je kuhinjska sol, znana tudi kot natrijev klorid, so delci sestavljeni iz nabitih ionov, ki tvorijo sol. Prisotnost delcev v vodi moti sposobnost molekul vode, da se vežejo in tvorijo trdno snov, ko se temperatura vode približuje ledišču. Depresija ledišča se pojavi v vseh tekočinah, ne samo v vodi.

Eksperimentator mora biti še posebej pozoren na to, kaj natančno meri in kako meri. To se nanaša na temeljno vprašanje postavljanja pravih vprašanj. Ali bi se moral preizkuševalec v tem konkretnem primeru ukvarjati s tem, kaj hitreje zmrzne ali s temperaturo, pri kateri pride do zamrzovanja? Vprašanje, kaj hitreje zamrzne, pomeni, da če bi vzorec vode in vzorec sladkorne vode istočasno postavili v zamrzovalnik, potem bi eden od njih zmrznil pred drugim. Katere informacije pa bi to dejansko zagotovilo? Hitrost, s katero snov zamrzne, je med drugim povezana z raztopino

instagram story viewer
toplotna zmogljivost in količino snovi. V tem primeru bi bila boljša izbira izmeriti temperaturo, pri kateri raztopine zamrznejo, ker to odgovarja na pomembnejše vprašanje: Ali nečistoče v vodi vplivajo na njeno ledišče in če da, kako veliko?

Kemiki in fiziki so dobro uveljavili znanost in matematiko za depresijo ledišča. Za napredne študente ali tiste, ki se močno zanimajo za matematiko, je standardna enačba za depresijo ledišča delta (T) rešitve delta (T) = -k * m, kjer k predstavlja konstanto depresije molalne točke ledišča topila in m predstavlja molalnost raztopine ali molov delcev, deljenih s kilogrami topilo. To se zdi bolj zapleteno, kot je v resnici. Ob predpostavki, da voda predstavlja edino topilo, uporabljeno v poskusu, je k = 1,86. Poleg tega ima sladkor, znan tudi kot saharoza, molekulsko maso 342,3. Enačba za znižanje ledišča se zdaj poenostavi na delta (T) = -1,86 * (grami saharoze / 342,3 / kg vode). Torej, če je bilo na primer 10 gramov saharoze raztopljeno v 100 ml vode, potem je 100 ml = 100 g = 0,100 kg in delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 stopinje Celzija. Tako naj ta raztopina zamrzne pri temperaturi 0,54 stopinje Celzija pod lediščem čiste vode.

Preurejanje enačbe iz 3. koraka bi eksperimentatorju omogočilo, da izmeri delto (T) in nato reši molekulsko maso saharoze (MW). To je MW = (-1,86 * gramov saharoze) / (delta (T) * kg vode). Pravzaprav mnogi dijaki in študentje kemije na srednji šoli izvajajo poskuse, v katerih eksperimentalno določajo molekulsko maso neznane snovi. Metoda deluje tudi glede na vrelišča, le da se vrednost k spremeni na 0,52.

Teachs.ru
  • Deliti
instagram viewer