Vetenskapliga projekt om vad som fryser snabbare: vatten eller sockervatten?

Statliga och kommunala myndigheter avger ofta salt som avisningsmedel på vägar. Det fungerar genom att effektivt sänka isens smälttemperatur. Detta fenomen - känt som fryspunktdepression - ger också grunden för en mängd olika vetenskapliga projekt. Projekten kan sträcka sig från enkla till invecklade - komplett med matematiska förutsägelser - beroende på studentens betygsnivå. Dessutom innehåller listan över nödvändig utrustning endast en såspanna och en termometer.

När fasta ämnen löses upp i vatten bildar de små, diskreta partiklar. När det gäller organiska ämnen som socker, består partiklarna av enskilda sockermolekyler. När det gäller salter, såsom bordssalt, även känt som natriumklorid, består partiklarna av de laddade joner som utgör saltet. Närvaron av partiklar i vattnet stör vattenmolekylernas förmåga att binda samman för att bilda ett fast ämne när vattnets temperatur närmar sig dess fryspunkt. Fryspunktsdepression förekommer i alla vätskor, inte bara i vatten.

En försöksman måste ägna särskild uppmärksamhet åt vad hon exakt mäter och hur hon mäter det. Detta beror på den grundläggande frågan om att ställa rätt frågor. I det här specifika fallet, bör försöksledaren bry sig om vad som fryser snabbare, eller temperaturen vid vilken frysningen inträffar? Frågan om vad som fryser snabbare innebär att om ett vattenprov och ett sockervattenprov placerades i en frys samtidigt, skulle en av dem frysa före den andra. Men vilken information skulle det faktiskt ge? Hastigheten med vilken ett ämne fryser beror bland annat på lösningen

instagram story viewer
värmekapacitet och mängden ämne. Det bättre valet i detta fall skulle vara att mäta temperaturen vid vilken lösningarna fryser på grund av detta svarar på den viktigare frågan: Påverkar föroreningar i vatten dess fryspunkt och i så fall hur mycket?

Kemister och fysiker har väl etablerat vetenskapen och matematiken bakom fryspunktdepression. För avancerade studenter, eller de som har ett stort intresse för matematik, är standardekvationen för fryspunktens depression, delta (T), för en lösning delta (T) = -k * m, där k representerar molal fryspunktens fördjupningskonstant för lösningsmedlet och m representerar molaliteten hos lösningen, eller mol partiklar dividerat med kilo lösningsmedel. Detta verkar mer komplicerat än vad det faktiskt är. Förutsatt att vatten representerar det enda lösningsmedlet som används i experimentet, k = 1,86. Vidare uppvisar socker, även känt som sackaros, en molekylvikt på 342,3. Ekvationen för fryspunktsdepression förenklar nu delta (T) = -1,86 * (gram sackaros / 342,3 / kg vatten). Så, till exempel, om 10 gram sackaros löstes i 100 ml vatten, var 100 ml = 100 g = 0,100 kg och delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 grader Celsius. Således bör denna lösning frysa vid en temperatur 0,54 grader Celsius under fryspunkten för rent vatten.

Omorganisering av ekvationen från steg 3 skulle göra det möjligt för en experimentör att mäta delta (T) och sedan lösa för molekylvikten, MW, av sackaros. Det vill säga MW = (-1,86 * gram sackaros) / (delta (T) * kg vatten). Faktum är att många kemistudenter på gymnasiet och högskolanivå utför experiment där de experimentellt bestämmer molekylvikten för en okänd substans. Metoden fungerar också med avseende på kokpunkter, förutom att värdet för k ändras till 0,52.

Teachs.ru
  • Dela med sig
instagram viewer