Les gouvernements étatiques et municipaux distribuent fréquemment du sel comme agent de dégivrage sur les routes. Il fonctionne en abaissant efficacement la température de fusion de la glace. Ce phénomène - connu sous le nom de dépression du point de congélation - fournit également la base pour une variété de projets scientifiques. Les projets peuvent aller du simple au compliqué - avec des prédictions mathématiques - en fonction du niveau scolaire de l'étudiant. De plus, la liste de l'équipement requis comprend seulement une casserole et un thermomètre.

Dépression du point de congélation

Quand les solides se dissolvent dans l'eau, ils forment de petites particules discrètes. Dans le cas de substances organiques comme le sucre, les particules sont constituées de molécules de sucre individuelles. Dans le cas de sels, tels que le sel de table, également connu sous le nom de chlorure de sodium, les particules sont constituées des ions chargés qui constituent le sel. La présence de particules dans l'eau interfère avec la capacité des molécules d'eau à se lier ensemble pour former un solide lorsque la température de l'eau approche de son point de congélation. La dépression du point de congélation se produit dans tous les liquides, pas seulement dans l'eau.

Mesurer le gel

L'expérimentateur doit porter une attention particulière à ce qu'elle mesure exactement et à la façon dont elle mesure. Cela revient à la question fondamentale de poser les bonnes questions. Dans ce cas particulier, l'expérimentateur doit-il se préoccuper de ce qui gèle plus vite, ou de la température à laquelle le gel se produit? La question de savoir ce qui gèle plus vite implique que si un échantillon d'eau et un échantillon d'eau sucrée étaient placés simultanément dans un congélateur, alors l'un d'eux gèlerait avant l'autre. Mais quelle information fournirait-elle? La vitesse à laquelle une substance gèle est liée, entre autres paramètres, à la capacité calorifique de la solution et à la quantité de substance. Le meilleur choix dans ce cas serait de mesurer la température à laquelle les solutions gèlent car cela répond à la question la plus importante: les impuretés dans l'eau affectent-elles le point de congélation et si oui, combien?

Getting Mathematical >

Les chimistes et les physiciens ont bien établi la science et les mathématiques derrière la dépression du point de congélation. Pour les étudiants avancés, ou ceux ayant un fort intérêt pour les mathématiques, l'équation standard pour la dépression du point de congélation, delta (T), d'une solution est delta (T) = -k * m, où k représente la constante de dépression du point de congélation du solvant et m représente la molalité de la solution, ou des moles de particules divisées par les kilogrammes de solvant. Cela semble plus compliqué qu'il ne l'est en réalité. En supposant que l'eau représente le seul solvant utilisé dans l'expérience, k = 1,86. En outre, le sucre, également connu sous le nom de saccharose, présente un poids moléculaire de 342,3. L'équation pour la dépression du point de congélation se simplifie maintenant en delta (T) = -1,86 * (grammes saccharose /342,3 /kg d'eau). Ainsi, par exemple, si 10 grammes de saccharose étaient dissous dans 100 ml d'eau, alors 100 ml = 100 g = 0,100 kg, et delta (T) = -1,86 * (10/342,3 /0,1) = -0,54 degré Celsius. Ainsi, cette solution devrait geler à une température de 0,54 degrés Celsius en dessous du point de congélation de l'eau pure.

Projets avancés

Réarranger l'équation de l'étape 3 permettrait à un expérimentateur de mesurer le delta (T) et ensuite résoudre pour le poids moléculaire, MW, de saccharose. C'est-à-dire MW = (-1,86 * grammes de saccharose) /(delta (T) * kg d'eau). En fait, de nombreux étudiants en chimie de niveau secondaire et collégial mènent des expériences dans lesquelles ils déterminent expérimentalement le poids moléculaire d'une substance inconnue. La méthode fonctionne également en ce qui concerne les points d'ébullition, à l'exception de la valeur de k qui passe à 0,52.