ZÁMĚR ÚLOHY

Žáci zjistí, že při rozpouštění kuchyňské soli ve vodě dochází k poklesu teploty. Se zdatnějšími žáky je možné odhadovat množství energie potřebné na rozpuštění jednoho molu či jedné molekuly. Zároveň je úloha vhodným „oslím můstkem" k tématu rozpustnost.

POMŮCKY

• kádinka nebo sklenička
• kuchyňská sůl
• USB teploměr Vernier Go!Temp
• lžička
• pro přesnější výpočty váhy

TEORETICKÝ ÚVOD

Aby se kuchyňská sůl NaCl ve vodě rozpustila, je potřeba rozbít její krystalovou strukturu. Na to je potřeba energie, která se vezme na úkor vnitřní energie vody. Teplota vody se tedy v důsledku rozpouštění soli mírně sníží.

ÚKOLY

Jednoduché provedení (kvalitativní):

1. Připojte k počítači USB teploměr.


2. Do kelímku naberte vodu o pokojové teplotě.


3. Spusťte měření, vložte teploměr do vody a v grafu zaznamenejte 10 sekund, aby bylo zřejmé, jaká je počáteční teplota vody.


4. Nasypte do kelímku dvě lžičky soli a míchejte tyčovým teploměrem, aby se sůl rozpustila (za současného měření teploty).


5. Sledujte v grafu pokles teploty při rozpouštění.

Pečlivější provedení (kvantitativní):

1. Připojte k počítači USB teploměr.


2. Do kelímku naberte 150 g vody o teplotě 25 °C.


3. Odměřte 10 g NaCl.


4. Spusťte měření a zaznamenejte počáteční teplotu vody.


5. Vsypte do vody sůl a pomocí teploměru míchejte.


6. Zaznamenejte změnu teploty vody.


7. Výpočtem odhadněte rozpouštěcí teplo soli a porovnejte s tabulkovou hodnotou./p>

POZNÁMKY PRO UČITELE

Učitel by měl zvážit, jakou formou se žáky tuto aktivitu provede. Pokud je dostatek času, doporučuji žákům vůbec nedávat teoretický úvod, pouze je nechat měřit změnu teploty při rozpouštění soli. Sami by měli přijít na to, že dochází k poklesu - a zkusit ho vysvětlit.

Řádový odhad změny teploty po rozpuštění soli:

1. Rozpouštěcí teplo kuchyňské soli při 25 °C je 3,87 kJ/mol
   (http://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy_change_of_solution)


2. Molární hmotnost chloridu sodného je 58,443 g/mol.


3. Pokud tedy rozpustíme ve 150 g vody o teplotě 25 °C dvě lžičky NaCl (přibližně 10 g či 0,18 mol), je zapotřebí z vody odčerpat rozpouštěcí teplo přibližně 662 J, čemuž odpovídá ochlazení vody o cca 1 °C.

Jakmile žáci (patrně s drobnou pomocí učitele) přijdou na to, že pokles teploty by mohl souviset s rozbíjením krystalové struktury, lze měření provést přesněji, použít tabulky a provést výpočty. Učitel by měl žáky nechat, aby na co nejvíce věcí přišli sami, a přiměřeně pomáhat jen v případě, že se žáci nedokáží hnout z místa.

Pokud žáci chtějí, mohou výpočet ještě o něco zpřesnit zahrnutím tepelné kapacity soli. Ve skutečnosti ale při výše popsaných podmínkách nehraje tepelná kapacita soli významnou roli, protože soli je oproti vodě málo a navíc má několikanásobně nižší měrnou tepelnou kapacitu.

Při kontrolním experimentu jsme naměřili tyto hodnoty:

Počáteční množství vody: 159,4 g

Počáteční teplota vody: 24,6 °C

Množství soli: 10,4 g (0,178 mol)

Teplota vody po rozpuštění soli: 23,6 °C

Rozpouštěcí teplo tedy bylo teoreticky 689 J.

Z kalorimetrické rovnice vyšla hodnota 666 J, což se od teoretické hodnoty liší o necelá 4 %.

Materiál vznikl v rámci projektu Gymnázia Cheb s názvem Příprava na Turnaj mladých fyziků.

Dostupné ze Školského portálu Karlovarského kraje www.kvkskoly.cz.

Autorský tým: Pavel Böhm, Hana Böhmová, Filip Danko, Lucie Filipenská, Petr Kácovský, Věra Koudelková, Daniel Novopacký, Ilona Šimánková, Martin Vlach. Děkujeme i všem ostatním lidem, kteří přispěli k tvorbě materiálů.

Pro případ dalších námětů, komentářů, nalezených chyb a podobně využijte e-mailovou adresu pavel.bohm@mff.cuni.cz