Această sesiune de laborator se concentrează pe explorarea impactului temperaturii asupra apei carbogazoase, examinând în mod specific modul în care variațiile de temperatură influențează solubilitatea dioxidului de carbon (CO2) în apă.
Folosind trei eprubete separate umplute cu apă minerală, fiecare este plasată într-o setare de temperatură distinctă: una în apă rece cu gheață, alta în apă fierbinte și a treia la temperatura camerei. Eprubetele sunt lăsate să se acomodeze la temperaturile lor respective înainte de a face observații.
Obiective educaționale
- Observația efectelor temperaturii asupra apei carbogazoase: Participanții vor observa și nota diferențele în eliberarea de CO2 și aspectul apei carbogazoase la diverse temperaturi, având ca scop compararea directă a efectelor.
- Înțelegerea solubilității gazelor în lichide: Experimentul este conceput pentru a ilustra cum afectează temperatura solubilitatea gazelor în lichide, cu accent pe modul în care variațiile de temperatură modifică capacitatea apei de a dizolva CO2.
- Aplicarea termodinamicii și cineticii chimice: Acest laborator oferă un context practic pentru aplicarea conceptelor din termodinamică și cinetică chimică, îmbunătățind înțelegerea participanților asupra acestor principii fundamentale.
Prin această experiență de laborator, participanții vor înțelege efectele pronunțate ale temperaturii asupra proprietăților fizice și chimice ale lichidelor, în special asupra fenomenului de dizolvare a gazelor în lichide.
În plus, experimentul subliniază importanța desfășurării experimentelor controlate prin manipularea atentă a variabilelor precum temperatura, consolidând astfel abilitățile de metodologie experimentală. Mai mult, observația meticuloasă și documentarea riguroasă a rezultatelor sunt evidențiate ca pași cruciali pentru a trage concluzii semnificative în chimie. Această sesiune nu numai că promovează o înțelegere mai profundă a interacțiunii dintre temperatură și solubilitatea gazelor, dar îmbunătățește și competențele participanților în proiectarea și analiza experimentală, subliniind importanța anchetei științifice precise.
Protocol
- Localizați cele trei eprubete cu apă carbogazoasă (cu dioxid de carbon (CO2)).
- Umpleți paharul cu gheață cu apă rece de la robinet.
- Pune paharul de gheață în dreapta suportului din stânga.
- Umpleți al doilea pahar cu apă caldă de la robinet.
- Pune paharul cu apă fierbinte în dreapta stativului din dreapta.
- Atașați o clemă universală pe fiecare suport, astfel încât acestea să fie poziționate chiar deasupra centrului fiecărui pahar.
- Atașați eprubeta 1 pe clema stativului universal din stânga, deasupra paharului care conține apă rece.
- Atașați eprubeta 2 la clema stativului universal din dreapta, deasupra bakalitului ce conține apă fierbinte.
- Lăsați eprubeta 3 pe stativul de eprubete la temperatura camerei.
- Așteptați 30 de secunde pentru ca temperatura probelor să fie suficient de rece sau suficient de caldă înainte de a continua.
- Scoateți dopul de cauciuc din eprubeta 3 răcită la temperatura camerei și notați reacția observată (de exemplu, durata efervescenței).
- Scoateți dopul de cauciuc din eprubeta 2 rămasă în apa fierbinte și notați reacția observată (de exemplu, durata efervescenței).
- Scoateți dopul de cauciuc din eprubeta 1 lăsată în apa rece și notați reacția observată (de exemplu, durata efervescenței).
Rezultate anticipate
- Inițial, presiunea parțială a CO2 deasupra lichidului din eprubete este de 150 kPa. O creștere a temperaturii va scădea solubilitatea CO2 în apă. Deoarece va fi mai puțin CO2 dizolvat într-un lichid cald, va exista o efervescență redusă în recipientul cald și o efervescență crescută în recipientul rece, comparativ cu recipientul la temperatura camerei.
- Timpul de efervescență pentru apă rece, la temperatura camerei și caldă ar trebui să fie de aproximativ 45, 25 și 20 de secunde.
- Efervescența observată va dispărea mai întâi în eprubetele încălzite, apoi în eprubeta la temperatura camerei și, în final, în cea mai rece eprubetă.
- Solubilitatea gazelor în lichide, în general, scade odată cu creșterea temperaturii. Acest comportament este opus celui observat pentru majoritatea solidelor dizolvate în lichide. Când temperatura crește, moleculele solventului (lichidul) și ale substanței dizolvate (gazul) capătă mai multă energie cinetică. Aceasta se traduce prin mișcări mai rapide și mai viguroase ale moleculelor lichidului, făcând mai dificilă menținerea moleculelor de gaz în soluție. Interacțiunile dintre moleculele de gaz și cele de lichid devin mai puțin eficiente, deoarece moleculele de gaz sunt ‘eliminate’ mai ușor din lichid. Această relație este deosebit de importantă în procesele naturale și industriale. De exemplu, în lacuri și oceane, capacitatea apei de a reține oxigenul dizolvat scade pe măsură ce temperatura crește, ceea ce poate avea consecințe asupra vieții acvatice. Similar, în sistemele industriale în care gazele sunt dizolvate în lichide, gestionarea temperaturii este crucială pentru menținerea concentrațiilor dorite de gaz.
Rezumatul temei pe intervale de note
Clasele 3-5 (Vârsta 8-10 ani)
- FocusIntroducere de bază în solubilitatea gazelor și efectele temperaturii.
- Activități: Observarea eliberării de CO2 din apa minerală la diferite temperaturi, discuții simple despre cum temperatura afectează solubilitatea gazelor, instrucțiuni de siguranță de bază.
Clasele 6-8 (Vârste 11-13)
- FocusÎnțelegere intermediară a solubilității gazelor în lichide și a efectelor temperaturii.
- ActivitățiPregătirea eprubetelor cu apă minerală la diferite temperaturi, observarea și înregistrarea eliberării CO2, înțelegerea modului în care temperatura afectează solubilitatea gazelor, respectarea protocoalelor detaliate de siguranță.
Clasele 9-12 (Vârste 14-18)
- Focus: Înțelegere avansată a solubilității gazelor, termodinamicii și cineticii chimice.
- Activități: Stabilirea experimentelor cu apă minerală la diverse temperaturi, măsurarea și înregistrarea cu precizie a observațiilor privind eliberarea CO2, analizarea relației dintre temperatură și solubilitatea gazelor, înregistrarea și interpretarea detaliată a rezultatelor, respectarea protocoalelor avansate de siguranță, consolidarea conceptelor de termodinamică și cinetică chimică.
Esențiale de laborator
Instrumente
- Pahare Berzelius (100ml & 1000ml)
- Cântar electronic
- Eprubete
Produse
- Apă mineralăcarbogazoasă (CO2)