Aquesta sessió de laboratori se centra en explorar l'impacte de la temperatura en l'aigua carbonatada, examinant específicament com les variacions de temperatura influeixen en la solubilitat del diòxid de carboni (CO2) en aigua.
Utilitzant tres tubs d'assaig separats plens d'aigua gasosa, cadascun es col·loca en una configuració de temperatura diferent: un en aigua freda amb glaçons, un altre en aigua calenta i el tercer a temperatura ambient. Els tubs d'assaig es deixen aclimatar a les seves temperatures respectives abans de fer les observacions.
Objectius educatius
- Observació dels efectes de la temperatura a l'aigua carbonatada: Els participants observaran i anotaran les diferències en l'alliberament de CO2 i l'aparició d'aigua gasosa a diverses temperatures, amb l'objectiu de comparar directament els efectes.
- Comprensió de la solubilitat dels gasos en líquids: L'experiment està dissenyat per il·lustrar com la temperatura afecta la solubilitat dels gasos en líquids, amb un enfocament en com les variacions de temperatura alteren la capacitat de l'aigua per dissoldre CO2.
- Aplicació de la termodinàmica i la cinètica química: Aquest laboratori proporciona un context pràctic per aplicar conceptes de termodinàmica i cinètica química, millorant la comprensió dels participants d'aquests principis fonamentals.
A través d'aquesta experiència de laboratori, els participants obtindran una visió dels efectes pronunciats de la temperatura en les propietats físiques i químiques dels líquids, en particular del fenomen de dissolució de gasos en líquids.
A més, l'experiment emfatitza la importància de realitzar experiments controlats manipulant acuradament variables com la temperatura, reforçant així les habilitats metodològiques experimentals. A més, s'evidencien l'observació meticulosa i la documentació exhaustiva dels resultats com a passos crucials per extreure conclusions significatives en química. Aquesta sessió no només fomenta una comprensió més profunda de la interacció entre la temperatura i la solubilitat dels gasos, sinó que també millora les competències dels participants en disseny i anàlisi experimental, subratllant la importància de la investigació científica precisa.
Protocol
- Localitzeu els tres tubs d'assaig d'aigua carbonatada (amb diòxid de carboni (CO2)).
- Ompliu el got de gel amb aigua freda de l'aixeta.
- Poseu el recipient de gel a la dreta del suport esquerre.
- Omple el segon vas de precipitats amb aigua calenta de l'aixeta.
- Poseu el vas d'aigua calenta a la dreta del suport de la dreta.
- Penja una pinça universal a cada peu perquè estiguin just a sobre del centre de cada matràs.
- Penja el tub d'assaig 1 a la pinça del suport universal esquerre per sobre del beaker que conté aigua freda.
- Penja el tub d'assaig 2 a la pinça del peu universal de la dreta, per sobre del vas de precipitats que conté aigua calenta.
- Deixeu el tub d'assaig 3 a la gradeta a temperatura ambient.
- Espereu 30 segons que la temperatura de les mostres sigui prou freda o prou calenta abans de continuar.
- Retireu el tap de goma del tub d'assaig 3 deixat a temperatura ambient i anoteu la reacció observada (p. ex., durada de l'efervescència).
- Retireu el tap de goma del tub d'assaig 2 que queda a l'aigua calenta i anoteu la reacció observada (p. ex., durada de l'efervescència).
- Retireu el tap de goma del tub d'assaig 1 deixat a l'aigua freda i anoteu la reacció observada (p. ex., durada de l'efervescència).
Resultats previstos
- Inicialment, la pressió parcial de CO2 per sobre del líquid als tubs d'assaig és de 150 kPa. Un augment de la temperatura disminuirà la solubilitat del CO2 en aigua. Com que hi haurà menys CO2 dissolt en un líquid càlid, hi haurà menys efervescència al recipient càlid i més efervescència al recipient fred, en comparació amb el recipient a temperatura ambient.
- El temps d'efervescència per a aigua freda, a temperatura ambient i calenta hauria de ser aproximadament de 45, 25 i 20 segons.
- L'efervescència observada desapareixerà primer als tubs d'assaig escalfats, després al tub a temperatura ambient i, finalment, al tub d'assaig més fred.
- La solubilitat dels gasos en líquids generalment disminueix amb un augment de la temperatura. Aquest comportament és el contrari del que s'observa per a la majoria de sòlids dissolts en líquids. Quan la temperatura augmenta, les molècules del dissolvent (el líquid) i del solut (el gas) guanyen més energia cinètica. Això es tradueix en moviments més ràpids i vigorosos de les molècules del líquid, fent més difícil mantenir les molècules de gas en solució. Les interaccions entre les molècules de gas i de líquid es tornen menys efectives a mesura que les molècules de gas són ‘expulsades’ del líquid més fàcilment. Aquesta relació és especialment important en processos naturals i industrials. Per exemple, en llacs i oceans, la capacitat de l'aigua per retenir oxigen dissolt disminueix a mesura que augmenta la temperatura, la qual cosa pot tenir conseqüències per a la vida aquàtica. De manera similar, en sistemes industrials on els gasos es dissolen en líquids, la gestió de la temperatura és crucial per mantenir les concentracions de gas desitjades.
Resum de tasques per rang de qualificació
Cursos 3-5 (Edats 8-10)
- Enfocament: Introducció bàsica a la solubilitat dels gasos i els efectes de la temperatura.
- ActivitatsObservació de l'alliberament de CO2 de l'aigua gasosa a diferents temperatures, converses senzilles sobre com la temperatura afecta la solubilitat dels gasos, instruccions bàsiques de seguretat.
Cursos 6è-8è (Edats 11-13 anys)
- EnfocamentComprensió intermèdia de la solubilitat dels gasos en líquids i els seus efectes amb la temperatura.
- Activitats: Preparació de provetes amb aigua de Seltz a diferents temperatures, observació i registre de l'alliberament de CO2, comprensió de com la temperatura afecta la solubilitat dels gasos, seguiment de protocols de seguretat detallats.
Cursos 9-12 (Edats 14-18)
- Enfocament: Comprensió avançada de la solubilitat dels gasos, la termodinàmica i la cinètica química.
- Activitats: Muntatge d'experiments amb aigua amb gas a diverses temperatures, mesurament i registre acurat d'observacions de l'alliberament de CO2, anàlisi de la relació entre temperatura i solubilitat del gas, registre i interpretació detallada dels resultats, compliment de protocols de seguretat avançats, reforç de conceptes de termodinàmica i cinètica química.
Equipament de laboratori
Instruments
- Béckers (100ml i 1000ml)
- Balança electrònica
- Provettes
Productes
- Aigua amb gas (CO2)