Statliga och kommunala regeringar avger ofta salt som avisningsmedel på vägar. Det fungerar genom att effektivt sänka isens smältningstemperatur. Detta fenomen - kallat fryspunktsdepression - utgör också grunden för en mängd olika vetenskapliga projekt. Projekten kan sträcka sig från enkel till invecklad - komplett med matematiska förutsägelser - beroende på studentens betygsnivå. Dessutom innehåller listan över nödvändig utrustning endast en såsplatta och en termometer.

Fryspunktsdepression

När fasta ämnen löses upp i vatten bildar de små, diskreta partiklar. När det gäller organiska ämnen som socker består partiklarna av individuella sockermolekyler. I fallet med salter, såsom bordsalt, även känt som natriumklorid, består partiklarna av de laddade joner som utgör saltet. Närvaron av partiklar i vattnet stämmer överens med vattenmolekylernas förmåga att binda samman för att bilda en fast substans då temperaturen på vattnet närmar sig dess fryspunkt. Fryspunktsdepression förekommer i alla vätskor, inte bara vatten.

Mäta frysning

En experimenter måste ägna särskild uppmärksamhet åt vad hon mäter och hur hon mäter det. Detta kommer ner till den grundläggande frågan om att ställa rätt frågor. I det här fallet bör försökspersonen oroa sig för vad som fryser snabbare eller temperaturen vid vilken frysningen inträffar? Frågan om vad som fryser snabbare innebär att om ett prov av vatten och ett prov av sockervatten placerades i en frys samtidigt, skulle en av dem frysa före den andra. Men vilken information skulle det faktiskt ge? Den hastighet med vilken ett ämne fryser avser bland annat parametrarna lösningens värmekapacitet och mängden substans. Det bättre valet i det här fallet är att mäta temperaturen vid vilken lösningarna fryser eftersom det svarar på den viktigaste frågan: Är orenheterna i vatten påverka dess fryspunkt och hur mycket hur mycket?

Komma matematisk

Kemister och fysiker har väletablerad vetenskap och matematik bakom fryspunktsdepression. För avancerade studenter, eller personer med starkt intresse för matematik, är standardekvationen för fryspunktsdepression, delta (T), av en lösning delta (T) = -k * m, där k representerar molns fryspunkts-depressionskonstanten av lösningsmedlet och m representerar lösningens molalitet eller mol partiklar dividerat med kilo lösningsmedel. Det verkar mer komplicerat än det faktiskt är. Under antagande att vatten representerar det enda lösningsmedlet som användes i experimentet, k = 1,86. Vidare uppvisar socker, även känt som sackaros, en molekylvikt av 342,3. Ekvationen för fryspunktsdepression förenklar nu att delta (T) = -1,86 * (gram sackaros /342,3 /kg vatten). Så om exempelvis 10 gram sackaros löstes i 100 ml vatten, varpå 100 ml = 100 g = 0,100 kg och delta (T) = -1,86 * (10 /342,3 /0,1) = -0,54 grader Celsius. Således ska denna lösning frysa vid en temperatur på 0,54 grader Celsius under fryspunkten för rent vatten.

Avancerade projekt

Omorganiseringen av ekvationen från steg 3 skulle göra det möjligt för en experimentator att mäta deltaet (T) och sedan lösa för molekylvikten, MW, av sackaros. Det vill säga MW = (-1,86 * gram sackaros) /(delta (T) * kg vatten). Faktum är att många gymnasieelever och gymnasieelever utför experiment där de experimentellt bestämmer molekylvikten hos ett okänt ämne. Metoden fungerar också med avseende på kokpunkter, förutom att värdet för k ändras till 0,52.