Instant Freeze-kühltes Wasser
Instant Freeze-kühltes Wasser
- Isolierkühlvorrichtung (Sie können auch einen Kunststoffbehälter oder große Eimer benutzen)
- Ice (genug Kühler etwa die Hälfte zu füllen voll)
- Steinsalz (zum Schmelzen von Eis oder Wasserenthärter)
- Wasser
- Mehrere ungeöffnete Plastikflaschen von Trinkwasser (versuchen Sie eine oder mehrere der Quellwasser, gefiltertes Wasser, Schaumwasser, destilliertes Wasser oder Leitungswasser). Nicht Glasflaschen verwenden.
- Thermometer
Grundlegende Experimentelles (beachten Sie, dass das Video oben nicht dieses experimentelle Verfahren genau folgt):
Der Gefrier- oder Schmelzpunkt einer Substanz wird tatsächlich als die Temperatur definiert, bei der die flüssigen und festen Phasen im Gleichgewicht sind. Für reines Wasser, bedeutet dies, dass Eis mit exakt der gleichen Geschwindigkeit schmilzt, dass flüssiges Wasser gefriert, so dass der Nettobetrag der jeweils Aufenthalte etwa unverändert, und dass bei genau 0 ° C auftritt. Das perfekte Gleichgewicht könnte sehr schwierig scheinen zu erreichen, aber tatsächlich so lange, wie Ihr Bad viel sowohl Eis und Wasser enthält, und Sie hinzufügen, nicht oder zu viel externe Wärmeabfuhr (dh der Kühler ist gut isoliert), werden die Phasen finden ihre Gleichgewicht und die Temperatur Ayt 0 ° C stabilisieren. Aus diesem Grunde sollten Sie 0 ° C gemessen haben (abhängig von der Genauigkeit der Thermometer) in Schritt 2. Wenn das Wasser in einer Flasche unterkühlten wird (unter 0 ° C), ist es nicht im Gleichgewicht, da es kein Eis ist. Aber sobald die ersten festen Kristallformen, erreicht die Menge an Eis zu, wenn mehr Wasser gefriert und das Gemisch schnell Gleichgewicht bei 0 ° C, dh die Temperatur tatsächlich geht, wie das Wasser gefriert, um die latente Schmelzwärme Freigabe (siehe zusätzliche Experimente unter ). Deshalb ist das Eis in der Flasche ist sehr weich und matschig, anstatt hart gefroren. So frieren die Flasche hart müssen Sie diese zusätzliche Wärme entfernen irgendwie, vielleicht indem sie sie zurück in den Kühler platzieren.
Glücklicher flüssiges Wasser (oder jedes Lösungsmittel) eine weitere sehr nützliche Eigentums- den Gefrierpunkt einer Lösung (alles in einem Lösungsmittel gelöst ist) immer niedriger ist als der Gefrierpunkt des reinen Lösungsmittels. In unserem Fall, dass dies bedeutet Salz in Wasser (das Lösungsmittel) senkt den Gefrierpunkt der Salzwasserlösung aufgelöst, das heißt Sie müssen es kälter als reines Wasser, bevor es gefriert. Aus diesem Grunde ist es viel schwieriger ist Meerwasser als frisches Wasser gefrieren. Beachten Sie, dass dies nicht das gleiche wie kühltes Wasser ist; das Salzwasser ist eine Lösung, nicht reines Wasser. Dies ist auch, warum Sie Salz auf einer vereisten Straße streuen, um es zu schmelzen. Das Salz löst sich in der dünnen Schicht aus flüssigem Wasser, das in der Regel auf der Oberfläche vorhanden ist (es sei denn, die eisige ist sehr, sehr kalt), um die Temperatur des Eises erforderliche Absenkung eingefroren zu bleiben. Je mehr Salz Sie auflösen, um den Gefrierpunkt der untere. Es spielt keine Rolle, welche Art von Salz (oder etwas anderes), die Sie verwenden, nur wie viel man im Wasser auflösen. Dies ist eine kolligativer Eigenschaft genannt, was bedeutet, dass es nur auf die Anzahl der Teilchen abhängt, nicht ihre Art. Da festes Eis in der Regel sehr viel kälter ist als 0 ° C beträgt (gemessen Sie, dass in Schritt 1), Hinzufügen von Eis zu einer Salzwasserlösung, die Temperatur der Lösung erniedrigt. Und da der Gefrierpunkt dieses Salzwasser-Eis-Lösung Bad (die Temperatur, bei der das Einfrieren und Schmelzen im Gleichgewicht ist) niedriger ist als die eines reinen Wasser-Eis-Bad, können wir dies nutzen, um unsere Flaschen aus reinem Wasser unterkühlen. Durch die Zugabe von genügend Salz ist es relativ einfach, ein Bad vorzubereiten, -10 ° C oder kälter.
Variationen und verwandte Aktivitäten:
Es gibt auch andere interessante Möglichkeiten unterkühlten Wasser sofort einzufrieren. Sehr vorsichtig abschrauben oben von einem Ihrer Flaschen, ohne das Wasser gefriert. Drop ein kleines Stück Eis ins Wasser und beobachten, wie es löst sofort in der Flasche gefriert. Da dieses Stück bereits fest ist, dient es als Impfkristall zu dem die Flüssigkeitsmoleküle leicht anbringen können. Sie können auch mit einem kleinen Stück Eis langsam strömende Flüssigkeit unterkühltes Wasser aus der Flasche auf einen Teller versuchen. Das Wasser gefriert, wie es das Eis trifft dann rechts den Gießstrahl weiterhin Einfrieren und in die Flasche. Für ein weiteres Experiment, legen Sie vorsichtig mit einem Thermometer in der Flasche unterkühlter Flüssigkeit Wasser. Es sollte eine Temperatur deutlich unter 0 ° C lesen. Jetzt fällt ein kleines Stück Eis in die Flasche eines Einfrieren zu initiieren und den Temperaturanstieg als das Wasser gefriert zu beobachten, bis es schließlich 0 ° C erreicht. Wenn das Wasser gefriert gibt er Wärme (die latente Schmelzwärme genannt), und diese Wärme hat nirgendwo außer in den Rest des Wassers und Eis in der Flasche zu gehen, das ist eigentlich ein Teil des Eis umgeschmolzen wird, die gerade eingefroren. Aus diesem Grund ist die Flasche nicht in hartem Eis gefrieren, sondern bildet einen sehr nassen, matschigen Eis. Da das Eis und Wasser jetzt im Gleichgewicht befindet, muß seine Temperatur am Gefrierpunkt oder 0 ° C.
Übersättigte (oder unterkühlten) Natriumacetat-Lösungen auch sofort kristallisieren und einzufrieren, eine enorme Menge an latenter Wärme abgebenden wie sie gefrieren, so dass sie nützlich für die „heat packs“ zu machen.
Links zu weiteren Informationen und Aktivitäten:
Gefrierpunkterniedrigung:
Wie funktioniert Salz Hilfe Schmelze Eis:
Wie kalt kann Wasser unterkühlten wird vor dem Einfrieren:
Natriumacetat Wärmepackungen: