„Obniżenie punktu wrzenia wody pod wpływem dodatku soli kuchennej”

Dział fizyki: termodynamika

Opracowanie:zespół nr 2

Gimnazjum nr 3 w NysieNatalia Sanocka, Nikola Łobaczewska

kl. II aNauczyciel – opiekun: Beata Krzan

Potrzebne materiałyPotrzebne materiały Czysta woda (woda destylowana,

mineralizowana)Sól kuchenna (NaCl)Metalowy garnuszekGaz lub palnik

(do podgrzania wody)

Opis przebiegu doświadczeniaOpis przebiegu doświadczeniaWodę destylowaną wlewamy do Wodę destylowaną wlewamy do garnuszka i stawiamy na gazie.garnuszka i stawiamy na gazie.

Opis przebiegu doświadczeniaOpis przebiegu doświadczeniaGdy zaczną się pojawiać pierwsze Gdy zaczną się pojawiać pierwsze

malutkie bąbelki, dosypujemy malutkie bąbelki, dosypujemy około łyżeczki soli.około łyżeczki soli.

ObserwacjeObserwacjeWoda od razu po wsypaniu soli Woda od razu po wsypaniu soli zaczyna się gotować.zaczyna się gotować.

Wnioski:Wnioski:Dodatek soli przyspiesza wrzenie. Dodatek soli przyspiesza wrzenie.

Sól, podwyższając temperaturę Sól, podwyższając temperaturę wrzenia, przyspiesza moment, w wrzenia, przyspiesza moment, w

którym woda destylowana zaczyna którym woda destylowana zaczyna wrzeć.wrzeć.

Rozpuszczenie w Rozpuszczenie w cieczy ciała stałego cieczy ciała stałego

powoduje powoduje podwyższenie podwyższenie temperatury temperatury

wrzenia.wrzenia.

Interpretacja chemiczna:Interpretacja chemiczna:Po dodaniu do wody różnych soli zwiększamy jej Po dodaniu do wody różnych soli zwiększamy jej temperaturę wrzenia. Temperatura wrzenia temperaturę wrzenia. Temperatura wrzenia roztworu zależy od stężenia nielotnej substancji roztworu zależy od stężenia nielotnej substancji rozpuszczonej rozpuszczonej w roztworze. w roztworze. Im więcej jonów znajduje się w wodzie tym Im więcej jonów znajduje się w wodzie tym wyższa temp. wrzenia czyli trzeba użyć soli która wyższa temp. wrzenia czyli trzeba użyć soli która po rozpuszczeniu po rozpuszczeniu w wodzie da jak największą ilość jonów. w wodzie da jak największą ilość jonów. Jeśli rozpuścimy w jednym dmJeśli rozpuścimy w jednym dm33 wody jeden mol wody jeden mol soli NaCl to z dysocjacji jednego mola soli soli NaCl to z dysocjacji jednego mola soli powstanie dwa mole: Napowstanie dwa mole: Na++ i Cl i Cl--

NaCl<=>NaNaCl<=>Na+ + + Cl + Cl--

Interpretacja fizyczna:Interpretacja fizyczna:Podwyższenie temperatury wrzenia dla Podwyższenie temperatury wrzenia dla cieczy zawierających substancje cieczy zawierających substancje nielotne pozwala wytłumaczyć prawo nielotne pozwala wytłumaczyć prawo Raoulta.Raoulta.

Francuski chemik François Marie Francuski chemik François Marie Raoult (1830–1901) odkrył następujące Raoult (1830–1901) odkrył następujące prawo: prawo:

prężność (ciśnienie) pary nasyconej nad prężność (ciśnienie) pary nasyconej nad roztworem jest zawsze niższa niż nad roztworem jest zawsze niższa niż nad czystym rozpuszczalnikiem.czystym rozpuszczalnikiem.

Wiemy, że:Wiemy, że:Temperatura wrzenia wody - to Temperatura wrzenia wody - to temperatura przy której ciśnienie temperatura przy której ciśnienie powstającej pary jest równe ciśnieniu powstającej pary jest równe ciśnieniu zewnętrznemu (otoczenia), zewnętrznemu (otoczenia), skutkiem skutkiem czego parowanie następuje w całej czego parowanie następuje w całej objętości cieczy (dana substancja objętości cieczy (dana substancja wrze).wrze).Temperatura wrzenia wody zależy od Temperatura wrzenia wody zależy od ciśnienia zewnętrznego, jakie jest ciśnienia zewnętrznego, jakie jest wywierane na wodę. wywierane na wodę. Im większe jest ciśnienie zewnętrzne Im większe jest ciśnienie zewnętrzne wywierane na wodę, tym temperatura wywierane na wodę, tym temperatura wrzenia wody jest wyższa.wrzenia wody jest wyższa.

Interpretacja fizyczna:Interpretacja fizyczna:Zgodnie z prawem Raoulta : Zgodnie z prawem Raoulta : posolenie wody destylowanej (powstaje roztwór) posolenie wody destylowanej (powstaje roztwór) powoduje obniżenie ciśnienia par y nad wodą. powoduje obniżenie ciśnienia par y nad wodą. Ciśnienie zewnętrzne jest większe.Ciśnienie zewnętrzne jest większe.Aby mógł nastąpić proces wrzenia, ciśnienia te Aby mógł nastąpić proces wrzenia, ciśnienia te muszą się wyrównać. Musi zwiększyć się muszą się wyrównać. Musi zwiększyć się ciśnienie pary (energia kinetyczna cząsteczek ciśnienie pary (energia kinetyczna cząsteczek par musi wzrosnąć), par musi wzrosnąć), a do tego potrzebna jest wyższa temperatura, a do tego potrzebna jest wyższa temperatura, czyli następuje wzrost temperatury wrzenia. czyli następuje wzrost temperatury wrzenia.

Aby prężność par zrównała się z ciśnieniem Aby prężność par zrównała się z ciśnieniem zewnętrznym, potrzebna jest wyższa zewnętrznym, potrzebna jest wyższa temperatura, czyli następuje wzrost temperatury temperatura, czyli następuje wzrost temperatury wrzenia cieczy.wrzenia cieczy.

Hipoteza:Hipoteza: Obecność cząsteczek nielotnych Obecność cząsteczek nielotnych substancji (soli) może hamować substancji (soli) może hamować parowanie. Powodować, iż cząsteczki parowanie. Powodować, iż cząsteczki rozpuszczalnika (wody) na rozpuszczalnika (wody) na powierzchni są silniej przyciągane, powierzchni są silniej przyciągane, przez co parowanie wody jest przez co parowanie wody jest znacznie mniejsze i ciśnienie par jest znacznie mniejsze i ciśnienie par jest mniejsze niż ciśnienie zewnętrzne mniejsze niż ciśnienie zewnętrzne (atmosferyczne).(atmosferyczne).

Jak wiadomo, NaCl to związek jonowy. Po Jak wiadomo, NaCl to związek jonowy. Po rozpuszczeniu rozpuszczeniu w wodzie jony Na+ oraz Cl- są bardzo silnie w wodzie jony Na+ oraz Cl- są bardzo silnie solwatowane przez polarne cząsteczki wody. solwatowane przez polarne cząsteczki wody. Solwatacja jest znacznie silniejsza niż siła Solwatacja jest znacznie silniejsza niż siła wzajemnego wiązania cząsteczek wody. Dlatego też wzajemnego wiązania cząsteczek wody. Dlatego też przy powierzchni roztworu nie ma jonów, gdyż tam przy powierzchni roztworu nie ma jonów, gdyż tam nie byłyby one całkowicie solwatowane, a więc nie byłyby one całkowicie solwatowane, a więc miałyby niekorzystnie dużą energię.miałyby niekorzystnie dużą energię.Powierzchnia roztworu soli kuchennej jest czystą Powierzchnia roztworu soli kuchennej jest czystą wodą. Czyli tłumaczenie, że zgromadzone przy wodą. Czyli tłumaczenie, że zgromadzone przy powierzchni cząsteczki rozpuszczonej substancji powierzchni cząsteczki rozpuszczonej substancji hamują parowanie rozpuszczalnika jest niezgodne z hamują parowanie rozpuszczalnika jest niezgodne z rzeczywistością. rzeczywistością.

Solwatacja – otaczanie cząsteczek rozpuszczanego związku Solwatacja – otaczanie cząsteczek rozpuszczanego związku chemicznego przez cząsteczki rozpuszczalnika.chemicznego przez cząsteczki rozpuszczalnika.

Obalenie hipotezy:Obalenie hipotezy:

Proces wrzeniaProces wrzeniaProces wrzenia wymaga Proces wrzenia wymaga odpowiednich warunków - odpowiednich warunków - m.in. możliwości ulatniania m.in. możliwości ulatniania się powstającego z cieczy się powstającego z cieczy gazu. Ponadto nie występuje gazu. Ponadto nie występuje jednocześnie w całej jednocześnie w całej objętości cieczy i wymaga objętości cieczy i wymaga zainicjowania oraz czasu. zainicjowania oraz czasu. Zapoczątkowanie wrzenia Zapoczątkowanie wrzenia powoduje nagłe powoduje nagłe i intensywne wrzenie w całej i intensywne wrzenie w całej objętości cieczy.objętości cieczy.

Wraz ze wzrostem temperatury Wraz ze wzrostem temperatury w całej objętości wody pojawia w całej objętości wody pojawia się coraz więcej pęcherzyków się coraz więcej pęcherzyków gazu. gazu. W temperaturze 100 °C z wody W temperaturze 100 °C z wody wydostają się duże bąble pary wydostają się duże bąble pary i jako lżejsze wydostają się na i jako lżejsze wydostają się na jej powierzchnie - woda wrze. jej powierzchnie - woda wrze. Temperatura rośnie do 100 °C. Temperatura rośnie do 100 °C. Po osiągnięciu tej wartości Po osiągnięciu tej wartości temperatura dalej nie wzrasta, temperatura dalej nie wzrasta, a woda wrze nada.a woda wrze nada.

Proces wrzeniaProces wrzenia

Dlaczego podczas wrzenia wody Dlaczego podczas wrzenia wody temperatura przestała rosnąć?temperatura przestała rosnąć?Wrzenie to zjawisko szybkiej Wrzenie to zjawisko szybkiej zamiany cieczy w parę, zamiany cieczy w parę, zachodzące zachodzące w całej objętości cieczy. Cała w całej objętości cieczy. Cała energia dostarczana energia dostarczana cząsteczkom wody jest przez nie cząsteczkom wody jest przez nie zużywana na pokonanie sił, zużywana na pokonanie sił, jakimi na siebie oddziałują jakimi na siebie oddziałują w najbliższym sąsiedztwie. Do w najbliższym sąsiedztwie. Do momentu zerwania wiązań momentu zerwania wiązań temperatura wody pozostaje temperatura wody pozostaje więc stała. więc stała.

Proces wrzeniaProces wrzenia

Para wodna początkowo ma Para wodna początkowo ma także temperaturę wrzenia, ale także temperaturę wrzenia, ale podczas zderzeń z cząsteczkami podczas zderzeń z cząsteczkami powietrza jej cząsteczki oddają powietrza jej cząsteczki oddają swoją energię aż do momentu swoją energię aż do momentu wyrównania temperatur. Para wyrównania temperatur. Para oziębia się, a powietrze oziębia się, a powietrze ogrzewa. ogrzewa. Każda substancja ma Każda substancja ma swoją ściśle określoną swoją ściśle określoną temperaturę wrzenia, gdyż siła temperaturę wrzenia, gdyż siła oddziaływań oddziaływań międzycząsteczkowych w międzycząsteczkowych w różnych substancjach jest różnych substancjach jest różna.różna.

Proces wrzeniaProces wrzenia

Temperatura wrzenia (punkt wrzenia)Temperatura wrzenia (punkt wrzenia)

Temperatura wrzenia Temperatura wrzenia zależy od rodzaju zależy od rodzaju substancji oraz od substancji oraz od ciśnienia otoczenia.ciśnienia otoczenia.

Temperatura wrzenia Temperatura wrzenia rośnie wraz ze wzrostem rośnie wraz ze wzrostem ciśnieniaciśnieniai obniża się wraz z jego i obniża się wraz z jego obniżaniem.obniżaniem.

Temperatura wrzenia (punkt wrzenia)Temperatura wrzenia (punkt wrzenia)Przy stałym ciśnieniu Przy stałym ciśnieniu zazwyczaj ciecze wrą w zazwyczaj ciecze wrą w jednej, określonej jednej, określonej temperaturze.temperaturze.

Temperatura wrzenia wody Temperatura wrzenia wody (punkt wrzenia) = 100 (punkt wrzenia) = 100 00C C przy normalnym ciśnieniu przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym (1 bar atmosferycznym (1 bar czyli około 1014 hPa). czyli około 1014 hPa).

Zastosowanie:Zastosowanie:Zjawisko Zjawisko podwyższenia punktu wrzenia podwyższenia punktu wrzenia można zastosować na przykład przy można zastosować na przykład przy gotowaniu jajka, aby się szybciej gotowaniu jajka, aby się szybciej ugotowało. ugotowało. Podwyższenie temperatury Podwyższenie temperatury wrzenia skraca czas gotowania produktu. wrzenia skraca czas gotowania produktu.

Zastosowanie:Zastosowanie:Zjawisko Zjawisko podwyższania punktu wrzenia podwyższania punktu wrzenia wykorzystano w kuchni w garnkach wykorzystano w kuchni w garnkach ciśnieniowych.ciśnieniowych.

Są one używane w ciśnieniach 1,2 – 1,8 bar Są one używane w ciśnieniach 1,2 – 1,8 bar i w temperaturach 104 i w temperaturach 104 00C– 120 C– 120 00C.C.

Doprowadzone ciepło powoduje w próżniowo Doprowadzone ciepło powoduje w próżniowo zamkniętych garnkach skok (wzrost) ciśnienia – zamkniętych garnkach skok (wzrost) ciśnienia – i co za tym idzie – wzrost temperatury wrzenia i co za tym idzie – wzrost temperatury wrzenia wody w garnku do ponad 100wody w garnku do ponad 10000C.C.

Wzrost temperatury skraca czas gotowania Wzrost temperatury skraca czas gotowania produktu nawet do 80% i powoduje oszczędność produktu nawet do 80% i powoduje oszczędność energii nawet do 50%.energii nawet do 50%.

Zastosowanie:Zastosowanie:Ze zjawiskiem Ze zjawiskiem obniżania punktu wrzeniaobniżania punktu wrzenia spotykają się polarnicy podczas wypraw spotykają się polarnicy podczas wypraw w wysokie góry. Wraz ze wzrostem w wysokie góry. Wraz ze wzrostem wysokości, maleje ciśnienie zewnętrzne, wysokości, maleje ciśnienie zewnętrzne, więc temperatura wrzenia wody więc temperatura wrzenia wody gotowanej na herbatę maleje. Można gotowanej na herbatę maleje. Można przyjąć, że co 300 m punkt wrzenia wody przyjąć, że co 300 m punkt wrzenia wody maleje o maleje o jeden stopień Celsjusza.jeden stopień Celsjusza.

Tabela:Tabela:Temperatura wrzenia wody na różnych wysokościach nad powierzchnią Ziemi oraz odpowiadająca im wartość ciśnienia atmosferycznego

h [km] p[hPa] T[C]

0 1013 100

1 899 97

2 795 94

3 701 90

10 265 67

20 55 34

p [hPa] T [C]

23,4 20

123,5 50

475,1 80

702,3 90

980,1 99

1430,2 110

Temperatura wrzenia wody w zależności od wartości ciśnienia atmosferycznego

Tabela:Tabela:

Podsumowanie:Podsumowanie:Temperatura wrzenia wody zależy od Temperatura wrzenia wody zależy od rozpuszczanych w niej ciał stałych, takich rozpuszczanych w niej ciał stałych, takich jak soli czy cukru, wzrastając w jak soli czy cukru, wzrastając w zależności od ich ilości.zależności od ich ilości.

Słona woda wrze w temperaturze wyższej Słona woda wrze w temperaturze wyższej niż 100niż 100ooC. W osolonej wodzie mięso i C. W osolonej wodzie mięso i warzywa gotują się szybciej, ponieważ ma warzywa gotują się szybciej, ponieważ ma ona wyższą temperaturę wrzenia.ona wyższą temperaturę wrzenia.

Punkt wrzenia wody na makaron lub ryż (z Punkt wrzenia wody na makaron lub ryż (z solą) wzrasta o około 0,5 - 1 solą) wzrasta o około 0,5 - 1 00C, a na C, a na kompot (mocno posłodzony, „dużym” kompot (mocno posłodzony, „dużym” cukrem) nawet o kilka stopni (cukier cukrem) nawet o kilka stopni (cukier płynny o ok. 2 płynny o ok. 2 00C).C).

Sól się sypie do garnka po to, aby podnieść Sól się sypie do garnka po to, aby podnieść temperaturę wrzenia wody i żeby pierogi, temperaturę wrzenia wody i żeby pierogi, makaron lub ryż ugotowały się szybciej makaron lub ryż ugotowały się szybciej (zanim za dużo „wciągną wody”).(zanim za dużo „wciągną wody”).

Podsumowanie:Podsumowanie:

Jeśli ugotujemy zielony groszek w wodzie Jeśli ugotujemy zielony groszek w wodzie czystejczysteji lekko posolonej, a potem damy go i lekko posolonej, a potem damy go komuś spróbować rzadko ktoś poczuje komuś spróbować rzadko ktoś poczuje różnicę w smaku. różnicę w smaku.

Wniosek: Groszek gotowany w solonej Wniosek: Groszek gotowany w solonej wodzie powinien być bardziej miękki wodzie powinien być bardziej miękki („bardziej ugotowany”), gdyż temperatura („bardziej ugotowany”), gdyż temperatura wrzenia słonej wody jest wyższa.wrzenia słonej wody jest wyższa.

Inne doświadczenia:Inne doświadczenia:

W garnuszku z osoloną wodą należy W garnuszku z osoloną wodą należy umieścić szklankę z czystą wodą, tak, aby umieścić szklankę z czystą wodą, tak, aby obie ciecze się nie zmieszały. obie ciecze się nie zmieszały.

Jeśli taki garnek będziemy ogrzewać, Jeśli taki garnek będziemy ogrzewać, zaobserwujemy najpierw wrzenie wody zaobserwujemy najpierw wrzenie wody w szklance, a dopiero chwilę później w szklance, a dopiero chwilę później zacznie wrzeć osolona woda. zacznie wrzeć osolona woda.

Wniosek: temperatura wrzenia słonej Wniosek: temperatura wrzenia słonej wody jest wyższa.wody jest wyższa.

Inne doświadczenia:Inne doświadczenia:

 Linki:Linki:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Temperatura_wrzenia

http://pl.wikipedia.org/wiki/Wrzenie_(fizyka)http://pl.foodlexicon.org/s0000770.php