Overheids- en gemeentelijke overheden geven regelmatig zout af als ontijzingsmiddel op wegen. Het werkt door de smelttemperatuur van het ijs effectief te verlagen. Dit fenomeen - bekend als vriespuntdepressie - biedt ook de basis voor verschillende wetenschappelijke projecten. De projecten kunnen uiteenlopen van eenvoudig tot ingewikkeld - compleet met wiskundige voorspellingen - afhankelijk van het niveau van de student. Verder bevat de lijst met vereiste apparatuur alleen een sauspan en een thermometer.

Vriespuntdepressie

Wanneer vaste stoffen oplossen in water, vormen ze kleine, afzonderlijke deeltjes. In het geval van organische stoffen zoals suiker, bestaan ​​de deeltjes uit individuele suikermoleculen. In het geval van zouten, zoals tafelzout, ook bekend als natriumchloride, bestaan ​​de deeltjes uit de geladen ionen die het zout vormen. De aanwezigheid van deeltjes in het water interfereert met het vermogen van de watermoleculen om samen te binden om een ​​vaste stof te vormen wanneer de temperatuur van het water het vriespunt nadert. Vriespunt depressie treedt op in alle vloeistoffen, niet alleen in water.

Invriezen meten

Een experimentator moet speciale aandacht besteden aan wat ze precies aan het meten is en hoe ze het meet. Dit komt neer op het fundamentele probleem van het stellen van de juiste vragen. Moet de onderzoeker zich in dit specifieke geval bezighouden met wat sneller bevriest, of de temperatuur waarbij bevriezing optreedt? De vraag wat sneller vastvriest, houdt in dat als een monster water en een monster suikerwater tegelijkertijd in een vriezer worden geplaatst, de ene dan bevriest voor de andere. Maar welke informatie zou dat eigenlijk bieden? De snelheid waarmee een stof bevriest, heeft onder meer betrekking op de warmtecapaciteit van de oplossing en de hoeveelheid stof. De betere keuze is in dit geval om de temperatuur te meten waarbij de oplossingen bevriezen omdat dit de meer belangrijke vraag beantwoordt: beïnvloeden onzuiverheden in water het vriespunt en zo ja, hoeveel?

Mathematical
>

Chemici en natuurkundigen hebben de wetenschap en wiskunde achter vriespuntdepressie goed ingeburgerd. Voor gevorderde studenten, of voor studenten met een sterke interesse in wiskunde, is de standaardvergelijking voor het vriespunt depressie, delta (T), van een oplossing delta (T) = -k * m, waarbij k de constante voor het vriespunt van het smeltpunt van het molpunt voorstelt van het oplosmiddel en m staat voor de molaliteit van de oplossing, of molen deeltjes gedeeld door de kilogram oplosmiddel. Dit lijkt ingewikkelder dan het in werkelijkheid is. Ervan uitgaande dat water het enige oplosmiddel is dat in het experiment werd gebruikt, k = 1,86. Verder vertoont suiker, ook bekend als sucrose, een molecuulgewicht van 342,3. De vergelijking voor vriespuntverlaging vereenvoudigt nu tot delta (T) = -1,86 * (gram sucrose /342,3 /kg water). Dus als bijvoorbeeld 10 gram sucrose werd opgelost in 100 ml water, dan was 100 ml = 100 g = 0,100 kg en delta (T) = -1,86 * (10 /342,3 /0,1) = -0,54 graden Celsius. Deze oplossing moet dus bevriezen bij een temperatuur van 0,54 graden Celsius onder het vriespunt van zuiver water.

Geavanceerde projecten

Door de vergelijking te herschikken van stap 3 kan een experimentator delta meten (T) en dan oplossen voor het molecuulgewicht, MW, van sucrose. Dat wil zeggen, MW = (-1,86 * gram sucrose) /(delta (T) * kg water). Veel scheikunde-studenten op hogeschool- en hogeschoolniveau voeren experimenten uit waarbij ze experimenteel het molecuulgewicht van een onbekende stof bepalen. De methode werkt ook met betrekking tot kookpunten, behalve dat de waarde voor k verandert in 0,52.