Typ: Vyklad

88677:

ML_U

Metodický pokyn = učitel

 

 

Tematické zařazení experimentu

• teplota tuhnutí
• skupenské teplo tuhnutí

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je studium procesu tuhnutí kapaliny na základě grafu závislosti teploty zamrzající vody na čase.

Poznámky k realizaci experimentu

• Teplota zamrzání slané vody závisí na množství přidané soli. Oceánografie definují slanost (salinitu) vody jako počet gramů soli na 1 000 gramů vody.

Protože 1 000 gramů vody činí přibližně 1 litr, jde také o gramy soli na litr vody. Při slanosti 10 je bod tuhnutí vody -0,5 ° C, při slanosti 20 klesá na -1,08 ° C a při slanosti 35 je hodnota bodu tuhnutí -1,91 ° C. Oceány mají salinitu okolo 35, Atlantický oceán je o jednotku slanější než Tichý oceán. Teplota tuhnutí s přidáním 1 g soli na litr destilované vody klesá tedy asi o 0,054 ° C, v experimentu proto nelze použít příliš slanou vodu.

• Experiment je dlouhotrvající. Proto je vhodné spustit měření ráno a odpoledne ho ukončit, nebo jej spustit odpoledne a následující den ráno ho ukončit. První alternativa umožňuje průběžně sledovat pokles teploty a vyvarovat se toho, aby teplota klesla pod hodnotu nižší, než je rozsah použitého senzoru.

Návod na zpracování dat

• Z grafů nelze přímo vyčíst teplotu tuhnutí slané vody, protože z vody, která zamrzne, se vyloučí sůl, tím se zvýší koncentrace slané vody a klesá teplota tuhnutí zbytku vody. Aby zamrzla , je třeba snížit teplotu.

Závěry z experimentu

• Realizací experimentu by měly žáci dospět k závěru, že teplota tuhnutí slané vody je nižší než teplota tuhnutí destilované vody. Čím větší koncentraci slané vody použijeme, tím bude teplota tuhnutí nižší.
• Když slaná voda zamrzá, sůl se nemůže dostat do krystalu ledu a zůstává v tekuté vodě. Výsledkem tohoto procesu je, že led vytvořený ze slané vody obsahuje méně soli než zbývající voda. Voda se stává slanější a slanější. Při zvyšování koncentrace soli může dojít k situaci, kdy mraznička již nedokáže slanou vodu zmrazit.  Na konci experimentu proto zůstane malý kousek velmi slané solanky na vrchu láhve.

Žákovské aktivity

• Hledání souvislosti mezi koncentrací soli ve vodě a její bodem tuhnutí.
• Diskuse o přizpůsobení organismů životu v extrémních podmínkách.
• Studium způsobů průmyslového získávání soli z mořské vody.

 

Souvislost se životem, přírodou a praxí

• Slaná voda zamrzá při jiné teplotě než čistá voda. Při jaké teplotě tedy zamrzá? Může moře vůbec zamrznout?
• Když vložíme do mrazničky slanou vodu, zmrzne vlastně jen čistá voda a sůl se od ní oddělí. Je to proto, že led má velmi jedinečnou, komplexní krystalickou strukturu (=expanduje, když zamrzá). Oddělováním soli od ledu se zvyšuje koncentrace soli ve zbývající, ještě nezamrzlé, vodě. Tento proces způsobuje, že voda v Arktidě je extrémně slaná. Mořští živočichové, kteří tam žijí, se těmto podmínkám přizpůsobily, a proto mají stejnou koncentraci soli v těle jako voda. Mohou proto přežít i extrémně nízké teploty.
• Vylučování soli při TUHNUTÍ slané vody se využívá v restauracích na výrobu čistých ledových kostek. Na povrch zamrzajících kostek se stříká voda, která odplaví vyloučeny příměsi. Takovou metodou lze získat pitná voda z mořské vody - třeba však poznamenat, že určité množství soli ve vodě zůstane. Souvisí to s poruchami mřížky krystalického ledu. Malé množství soli může být na poruch v mřížce. Rovněž v mezerách mezi krystaly může být podíl soli vyšší než v samotných krystalech, čímž se zvýší celkový obsah soli. Přesto podíl soli v ledu vytvořeném zamrznutím slané vody bude nižší, než byl v původní slané vodě.