Projekter Videnskab om, hvad fryser hurtigere: vand eller sukkervand?

August 24

Projekter Videnskab om, hvad fryser hurtigere: vand eller sukkervand?

Statslige og kommunale regeringer ofte undvære salt som en afisning agent på veje. Det virker ved effektivt at sænke smeltetemperaturen af ​​isen. Dette fænomen --- kaldes frysepunktet depression --- tilvejebringer endvidere grundlaget for en række videnskabelige projekter. Projekterne kan variere fra simple til indviklede --- komplet med matematiske forudsigelser --- afhængigt af grad elevens niveau. Endvidere liste over nødvendige udstyr omfatter kun en kasserolle og et termometer.

Frysepunktet


Når faste stoffer opløses i vand, danner de små, diskrete partikler. I tilfælde af organiske stoffer som sukker, partiklerne består af individuelle sukkermolekyler. I tilfælde af salte, såsom bordsalt, også kendt som natriumchlorid, partiklerne består af ladede ioner, der udgør salt. Tilstedeværelsen af ​​partikler i vandet interfererer med evnen af ​​vandmolekylerne at binde sammen til dannelse af et faststof, da temperaturen af ​​vandet nærmer sig frysepunktet. Frysepunkt depression forekommer i alle væsker, ikke blot vand.

Måling Indefrysning


En forsøgslederen skal være særlig opmærksom på, hvad der præcist er hun måler og hvordan hun måler det. Det kommer ned til det grundlæggende spørgsmål om at stille de rigtige spørgsmål. I dette særlige tilfælde bør forsøgslederen beskæftige sig med, hvad der fryser hurtigere, eller den temperatur, hvor indefrysningen finder sted? Spørgsmålet om, hvad fryser hurtigere betyder, at hvis en prøve af vand og en prøve af sukker vand blev anbragt i en fryser samtidigt, så en af ​​dem ville fryse før det andet. Men hvilke oplysninger ville det faktisk give? Den hastighed, hvormed et stof fryser vedrører, blandt andre parametre, løsningens varmekapacitet og mængden af ​​stoffet. Jo bedre valg i dette tilfælde ville være at måle temperatur, hvor de løsninger fryse fordi det besvarer vigtigere spørgsmål: Må urenheder i vand påvirke dens frysepunkt og i bekræftende fald med hvor meget?

Kom Matematisk


Kemikere og fysikere har veletablerede videnskab og matematik bag frysepunktet depression. For avancerede studerende, eller dem med en stærk interesse i matematik, standard ligning for frysepunktet depression, delta (T), af en opløsning er delta (T) = -k * m, hvor k repræsenterer den molale frysepunkt depression konstant af opløsningsmidlet og m betegner molaliteten af ​​opløsningen eller mol partikler divideret med kg opløsningsmiddel. Dette synes mere kompliceret end det faktisk er. Antages det, at vand er det eneste opløsningsmiddel, der anvendes i forsøget, k = 1,86. Endvidere sukker, også kendt som saccharose, udviser en molekylvægt på 342,3. Ligningen for frysepunktet nu forenkler til delta (T) = -1,86 * (gram sucrose / 342,3 / kg vand). Så for eksempel, hvis 10 gram saccharose blev opløst i 100 ml vand, derefter 100 ml = 100 g = 0.100kg, og delta (T) = -1,86 * (10 / 342,3 / 0,1) = -0,54 grader Celsius. Således bør denne opløsning fryser ved en temperatur 0,54 grader Celsius under frysepunktet af rent vand.

Avancerede Projekter


Omorganisering ligningen fra trin 3 vil tillade en eksperimentator at måle delta (T) og derefter løse for molekylvægten, MW, saccharose. Det vil sige, MW = (-1,86 * gram saccharose) / (delta (T) * kg vand). Faktisk er mange high school og college-niveau kemistuderende udføre eksperimenter, hvor de eksperimentelt bestemme molekylvægten af ​​et ukendt stof. Fremgangsmåden virker også med hensyn til kogepunkter, bortset værdien for k ændringer 0,52.