Panoramica
Come può l’oceano essere più freddo di 0 gradi C, la temperatura alla quale l’acqua si congela? Come risulta, la concentrazione delle particelle (in questo caso, gli ioni del sale) nell’acqua dell’oceano abbassa la temperatura alla quale l’acqua salata si congela. Gli studenti impareranno come l’acqua dell’oceano si congela a una temperatura inferiore a quella dell’acqua dolce conducendo un esperimento per determinare la temperatura di un congelatore., Questo esperimento può essere eseguito in classe oa casa da studenti in lode e chimica di livello AP o può essere facilmente modificato per essere utilizzato in qualsiasi classe di scienze fisiche.
Obiettivi
Gli studenti impareranno:
- Per realizzare soluzioni di acqua salata (NaCl) di concentrazioni variabili, incluso il modo di calcolare la molalità della soluzione.
- Per determinare la depressione del punto di congelamento delle soluzioni di acqua salata.
- Stimare la temperatura di un congelatore osservando il comportamento di varie concentrazioni di acqua salata.,
Preparazione della lezione
Il concetto di depressione del punto di congelamento dell’acqua salata è una perfetta applicazione delle proprietà colligative e può essere utilizzato come un’opportunità per introdurre gli studenti all’ambiente estremamente freddo delle acque oceaniche artiche e antartiche. Secondo NOAA, l’acqua dell’oceano artico si congela a -1,9 gradi C (http://oceanservice.noaa.gov/facts/oceanfreeze.html) a causa del sale disciolto in esso. Corpi idrici più concentrati di acqua salata (come il Great Salt Lake nello Utah) richiederebbero temperature ancora più fredde per congelare.,
Se stai insegnando una classe di chimica avanzata, prima di questo esperimento, i concetti di chimica di base (vedi allegato) dovrebbero essere coperti per i tuoi studenti per eseguire i calcoli per determinare la depressione del punto di congelamento della soluzione di acqua salata.
Se stai insegnando una classe di scienze di livello precedente, fai riferimento alle temperature di congelamento per il grafico delle varie soluzioni di acqua salata (vedi informazioni sulla chimica di base allegate) per determinare il punto di congelamento di ciascuna delle soluzioni di acqua salata successivamente più diluite ottenute nella procedura., I tuoi studenti possono saltare i passaggi procedurali 7 & 8.
Procedura
- Utilizzando il nastro adesivo, etichettare i quattro bicchieri domestici “A”, “B”, “C” e “D”. Salva questi per il passaggio 3.
- Sciogliere un cucchiaio (20 g) di sale da cucina in esattamente ¼ di tazza (59 mL = 0,059 kg) di acqua di rubinetto in ciascuno dei bicchieri etichettati A, B, C e D. Mescolare molto bene.
- Mettere da parte il vetro A. Il vetro A ora contiene 20 g di NaCl e 0,059 kg di acqua.
- Diluire la soluzione in vetro B con ulteriori 0,104 tazze di acqua (1 cucchiaio e 2 cucchiaini). Mescolare bene., Il vetro B ora contiene 20 g di NaCl e 0,084 kg di acqua.
- Diluire la soluzione in vetro C con ulteriori 0,25 tazze di acqua (1/4 di tazza). Mescolare bene. Il vetro C ora contiene 20 g di NaCl e 0,118 kg di acqua.
- Diluire la soluzione in vetro D con ulteriori 0,75 tazze di acqua (3/4 di tazza). Mescolare bene. Il vetro D contiene ora 20 g di NaCl e 0,236 kg di acqua.,
- Calcolare il molality, m, di ciascuna delle soluzioni di acqua salata in bicchieri A, B, C, e D, utilizzando la formula: molality, m = numero di moli di NaCl / # di kg di acqua
- Calcolare il punto di congelamento della depressione delle soluzioni di acqua salata in bicchieri A, B, C, e D, utilizzando la formula: dimensionare = – (Kf) (m) (i) = (1.86)(m)(2). Questo è anche il punto di congelamento della soluzione di acqua salata in gradi C. Se si desidera vedere questo punto di congelamento in °F, convertire usando la formula: °F = (1,8 gradi C) + 32.,
- Con nastro adesivo, etichettare cinque delle fessure del cubo del vassoio per cubetti di ghiaccio (o le 5 tazze da bagno piccole) come segue “A”, “B”, “C”, “D” e “Controllo”.
- Versare quantità uguali di soluzioni da ciascuno dei bicchieri etichettati nell’apposita fessura per cubetti di ghiaccio (o tazza piccola). Non riempire questi sopra 2/3 pieno. Nel” Controllo ” ice cube slot (o piccola tazza), aggiungere acqua di rubinetto.
- Posizionare il vassoio per cubetti di ghiaccio (o piccole tazze) nel congelatore in un’area che può essere facilmente osservata. Fare attenzione a non mescolare o versare le soluzioni.,
- Ogni 30 minuti per 3 ore, osservare il processo di congelamento. Utilizzare una forchetta (o uno stuzzicadenti) per determinare lo stato di ciascuna soluzione. Risciacquare la forcella tra un campione e l’altro. Non contaminare le soluzioni con la forcella. Registrare lo stato di ogni soluzione ad ogni tempo di osservazione.
Estensione
Gli studenti potrebbero studiare le temperature di congelamento dei corpi di acqua salata vicino a loro o di come alcuni animali e insetti usano questa depressione del punto di congelamento per mantenere il loro sangue dal congelamento a temperature molto fredde.,
Valutazione
L’insegnante può utilizzare il rapporto di laboratorio per valutare la comprensione degli studenti.
Crediti
Questa è una lezione originale di Mark Paricio, mparicio cherrycreekschools.org, adattato dal suo originale esperimento da portare a casa: “Quanto è freddo il mio congelatore?”