Overview
¿Cómo puede el océano ser más frío que 0 grados C, la temperatura a la que el agua se congela? Como resultado, la concentración de las partículas (en este caso, los iones de la sal) en el agua del Océano disminuye la temperatura a la que el agua salada se congelará. Los estudiantes aprenderán cómo el agua del océano se congela a una temperatura más baja que el agua dulce mediante la realización de un experimento para determinar la temperatura de un congelador., Este experimento puede ser realizado en el aula o en casa por estudiantes de honores y química de nivel avanzado o puede ser fácilmente modificado para usarlo en cualquier clase de Ciencias Físicas.
objetivos
Los estudiantes aprenderán:
- Para hacer soluciones de agua salada (NaCl) de concentraciones variables, incluyendo cómo calcular la molalidad de la solución.
- Para determinar la depresión del punto de congelación de las soluciones de agua salada.
- estimar la temperatura de un congelador observando el comportamiento de varias concentraciones de agua salada.,
preparación de la lección
el concepto de la depresión del punto de congelación del agua salada es una aplicación perfecta de propiedades coligativas y se puede utilizar como una oportunidad para introducir a los estudiantes al ambiente extremadamente frío de las aguas del Océano Ártico y Antártico. Según NOAA, el agua del Océano Ártico se congela a -1.9 grados C (http://oceanservice.noaa.gov/facts/oceanfreeze.html) debido a la sal disuelta en ella. Cuerpos de agua salada más concentrados (como el Gran Lago Salado en Utah) requerirían temperaturas aún más frías para congelarse.,
si está enseñando una clase de química avanzada, antes de este experimento, los conceptos de química de fondo (ver adjunto) deben estar cubiertos para que sus estudiantes realicen los cálculos para determinar la depresión del punto de congelación de la solución de agua salada.
si está enseñando una clase de Ciencias de nivel anterior, consulte la tabla de temperaturas de congelación para las diversas soluciones de agua salada (consulte la información de química de fondo adjunta) para determinar el punto de congelación de cada una de las soluciones de agua salada sucesivamente más diluidas obtenidas en el procedimiento., Sus estudiantes pueden omitir los pasos del procedimiento 7 & 8.
procedimiento
- usando cinta adhesiva, etiquete los cuatro vasos domésticos «A», «B», «C»y » D». Guárdalos para el paso 3.
- disolver una cucharada (20 g) de sal de mesa en ¼ taza (59 mL = 0.059 kg) de agua del grifo en cada uno de los vasos Etiquetados A, B, C y D. remover muy bien.
- dejar el vaso a un lado. El vidrio a ahora contiene 20 g de NaCl y 0,059 kg de agua.
- diluir la solución en el vaso B con 0,104 tazas adicionales de agua (1 cucharada y 2 cucharaditas). Revuelva bien., El vidrio B ahora contiene 20 g de NaCl y 0,084 kg de agua.
- diluir la solución en el vidrio C con 0,25 tazas adicionales de agua (1/4 taza). Revuelva bien. El vidrio C contiene ahora 20 g de NaCl y 0,118 kg de agua.
- diluir la solución en el vaso D con 0,75 tazas adicionales de agua (3/4 taza). Revuelva bien. El vidrio D ahora contiene 20 g de NaCl y 0,236 kg de agua.,
- calcular la molalidad, m, de cada una de las soluciones de agua salada en vasos A, B, C y D utilizando la fórmula: Molalidad, m = # de moles NaCl / # de kg de agua
- calcular la depresión del punto de congelación de las soluciones de agua salada en vasos A, B, C y D utilizando la fórmula: deltaT = – (Kf) (m) (i) = (1.86)(m)(2). Este es también el punto de congelación de la solución de agua salada en grados C. Si desea ver este punto de congelación en °F, convierta usando la fórmula: °F = (1.8 grados C) + 32.,
- Con cinta adhesiva, etiquete cinco de las ranuras del cubo de la bandeja del cubo de hielo (o las 5 tazas pequeñas del baño) de la siguiente manera: «A», «B», «C», «D» y «Control».
- vierta cantidades iguales de las soluciones de cada uno de los vasos Etiquetados en la ranura adecuada para cubitos de hielo (o taza pequeña). No los llene por encima de 2/3. En la ranura del cubo de hielo «Control» (o taza pequeña), agregue agua del grifo.
- coloque la bandeja de cubitos de hielo (o vasos pequeños) en el congelador en un área que se pueda observar fácilmente. Tenga cuidado de no mezclar o derramar las soluciones.,
- Cada 30 minutos durante 3 horas, observe el proceso de congelación. Use un tenedor (o palillo de dientes) para determinar el estado de cada solución. Enjuague el tenedor entre la prueba de cada muestra. No contamine las soluciones con la horquilla. Registre el estado de cada solución en cada momento de observación.
Extension
Los estudiantes podrían investigar las temperaturas de congelación de cuerpos de agua salada cerca de ellos o de cómo algunos animales e insectos utilizan esta depresión de punto de congelación para evitar que su sangre se congele en temperaturas muy frías.,
evaluación
El profesor puede usar el informe del laboratorio del estudiante para evaluar la comprensión del estudiante.
créditos
Esta es una lección original de Mark Paricio, mparicio cherrycreekschools.org, adaptado de su experimento original para llevar a casa: «How Cold is my Freezer?»