Інформація для вчителів
Застосування
Рис. 1 Складання установки
Натрій тіосульфат - це стійка натрієва сіль нестійкої у вільному стані тіосульфатної кислоти, яка є фіксувальною сіллю.
У досліді нафталін - фіксувальну сіль розплавляють постійним підведенням тепла й записують при цьому перебіг температури солі в часі. Температура не зростає, доки не розплавиться вся сіль.
Після цього фіксувальну сіль знову охолоджують. При охолодженні нафталіну після переходу нижче температури плавлення фіксувальна сіль усе ще лишається рідкою. Кажуть про переохолоджений розплав. Якщо в переохолоджений розплав додати кілька кристалів (затравок) твердої фіксувальної солі, то температура розплаву дуже швидко зростає до очікуваної температури кристалізації, і лише тоді процес охолодження триває далі.
Інша інформація для вчителя (1/4)
Попередні знання
Учні мають уже володіти теоретичними попередніми знаннями про властивості натрій тіосульфату (напр. температуру плавлення). Крім того, корисно знати поняття “переохолодженого розплаву”.
Принцип
Вимірюється перебіг температури натрій тіосульфату під час плавлення й подальшої кристалізації. При цьому добре видно, що для процесу плавлення потрібне тепло: температура не зростає, доки не розплавиться вся сіль. Під час кристалізації ця енергія вивільняється знову. Особливо добре це видно тоді, коли розплав спершу переохолоджують, а потім він раптово кристалізується через додавання кристала. При цьому температура знову зростає до температури плавлення.
Інша інформація для вчителя (2/4)
Навчальна мета
Учні дізнаються, що зміна агрегатного стану між твердим і рідким у натрій тіосульфаті потребує енергії, яку можна спостерігати за перебігом температури.
Завдання
Учні нагрівають натрій тіосульфат, доки він не розплавиться, і дають йому знову охолонути. При цьому вони вимірюють перебіг температури залежно від часу за рівномірного підведення або відведення тепла.
Інша інформація для вчителя (3/4)
Додаткові відомості
Вимірюється перебіг температури натрій тіосульфату під час плавлення й подальшої кристалізації. При цьому добре видно, що для процесу плавлення потрібне тепло: температура не зростає, доки не розплавиться вся сіль. Під час кристалізації ця енергія вивільняється знову. Особливо добре це видно тоді, коли розплав спершу переохолоджують, а потім він раптово кристалізується через додавання кристала. При цьому температура знову зростає до температури плавлення.
Примітки
1. Термометр затискають у тримачі для скляних трубок, який лежить на краю пробірки. Завдяки цьому термометр завжди має однакове положення, навіть коли сіль розплавиться.
2. Після нагрівання пробірка гаряча, тому її слід ставити в хімічний стакан за допомогою штативного затискача.
Інша інформація для вчителя (4/4)
3. Після завершення досліду термометр виявляється вмерзлим у затверділу сіль. Його не можна витягувати силою, бо він при цьому зламається! Сіль треба ще раз нагріти. Оскільки вона розчинна у воді, її потім можна вилити в раковину, а пробірку вимити водою.
4. Вимірювання температури виконують кожні півхвилини, щоб було добре видно плато температури кипіння.
5. Перебіг температури залежить від кількості солі й потужності пальника. Можливо, таблиці доведеться подовжити або скоротити.
Якщо розплав струснути або якщо він забруднений, переохолодження не настає, а йде повільна кристалізація, і температурне плато лежить тоді приблизно на 40 °C.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Увага!
1. Після завершення досліду термометр у пробірці виявляється вмерзлим у затверділу сіль. Не витягувати! Натомість ще раз нагріти натрій тіосульфат, доки він не розплавиться.
2. Розплавлений натрій тіосульфат розчинний у воді, його можна вилити в раковину, а пробірку вимити водою.
3. Під час нагрівання води штативне кільце і дротяна сітка дуже нагріваються!
Інформація для учнів
Мотивація
Рис. 2 схема досліду
Натрій тіосульфат - це стійка натрієва сіль нестійкої у вільному стані тіосульфатної кислоти, яка є фіксувальною сіллю.
У хімії агрегатні стани - це форми або фази, у яких можуть існувати речовини. Коли речовини змінюють свою форму, у цьому завжди задіяна енергія.
Різні речовини часто мають різні температури плавлення, кипіння і випаровування.
Їх можна дуже точно встановити лише відповідним дослідом.
Тому корисно знати, як такий дослід відбувається в подробицях і що взагалі означають отримані результати.
Завдання
Рис. 3 Експериментальна установка
Що відбувається під час плавлення і кристалізації?
Нагрій натрій тіосульфат, доки він не розплавиться, і дай йому знову охолонути. Виміряй перебіг температури залежно від часу.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 1 |
| 3 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 4 | Кільце із затискачем, внутр. діам. 10 см | 37701-01 | 1 |
| 5 | Дротяна сітка з керамікою, 160 x 160 мм | 33287-01 | 1 |
| 6 | Універсальний затискач | 37715-01 | 1 |
| 7 | Тримач для скляної трубки | 05961-00 | 1 |
| 8 | Стрижень - мішалка | 04404-10 | 1 |
| 9 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 |
| 10 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 11 | Пробірка, Duran®, d = 30 мм, l = 200 мм, 1 шт. | 36304-01 | 1 |
| 12 | Ложка-шпатель, пластмаса | 38833-00 | 1 |
| 13 | Навчальний термометр, -10...+110 °C | 38005-10 | 1 |
| 14 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 15 | Бутановий пальник Labogaz 206 | 32178-00 | 1 |
| 16 | Бутановий картридж, без вентиля, 190 г | 47535-01 | 1 |
| 17 | Натрій тіосульфат пентагідрат, 500 г | 30169-50 | 1 |
| 18 | Кульки для кипіння, 200 г | 36937-20 | 1 |
Складання (1/6)
- Збери штатив, як показано на наступних рисунках.
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Складання (2/6)
- Збери штатив, як показано на наступних рисунках.
Рис. 8
Складання (3/6)
- Наповни пробірку натрій тіосульфатом приблизно на 4 см заввишки.
Рис. 9
Складання (4/6)
Рис. 10
- Налий у хімічний стакан на 250 мл приблизно 150 мл води й кинь туди кілька кипілок.
Рис. 11
Складання (5/6)
- Опусти пробірку в хімічний стакан так, щоб натрій тіосульфат був повністю оточений водою.
Рис. 12
Складання (6/6)
- Встав термометр у пробірку. Верхнім кінцем його затискають у тримачі для скляних трубок, який сидить на пробірці. Завдяки цьому термометр має нерухоме положення в пробірці.
Наповни хімічний стакан на 400 мл приблизно 250 мл холодної води.
Рис. 13
Виконання (1/2)
1. Плавлення
- Зчитай початкову температуру натрій тіосульфату і внеси її в таблицю 1 у протоколі при t = 0 хв.
- Запали пальник і запусти секундомір.
- Зчитуй температуру кожні півхвилини, доки сіль повністю не розплавиться, а температура не досягне 60 °C.
- Регулярно перемішуй при цьому воду.
- Закрити вентиль газового пальника і натиснути кнопку зупинки секундоміра.
Виконання (2/2)
2. Кристалізація
- Постав пробірку за допомогою штативного затискача в хімічний стакан із холодною водою.
- Запусти секундомір і одразу зчитай перше значення температури (t = 0 хв у таблиці 2).
- Зчитуй температуру кожні півхвилини, доки температура не знизиться до 35 °C. Регулярно перемішуй при цьому воду, не струшуючи пробірки!
- Якщо сіль тепер іще рідка, кинь усередину кристалик солі.
- Познач поряд із таблицею момент, коли ти кидаєш кристал.
- Продовжуй зчитувати температуру кожні півхвилини.
Протокол
Таблиця 1
Внеси виміряні значення температури ϑ натрій тіосульфату під час плавлення.
ϑ у °C
ϑ у °C
t у хв
ϑ у °C
t у хв
ϑ у °C
t у хв
t у хв
2,5
7,5
0
5
0,5
3
5,5
8
1
3,5
6
8,5
1,5
4
6,5
9
2
4,5
7
9,5
Таблиця 2
Внеси виміряні значення температури ϑ натрій тіосульфату під час кристалізації.
ϑ у °C
t у хв
ϑ у °C
ϑ у °C
ϑ у °C
t у хв
t у хв
t у хв
2,5
7,5
0
5
0,5
3
5,5
8
1
3,5
6
8,5
1,5
4
6,5
9
2
4,5
7
9,5
Завдання 1
Опиши перебіг кривої плавлення, показаної на першій діаграмі.
Впиши слова, яких бракує. Температура спершу зростає ____, потім ____, до певного значення. Тоді сіль починає плавитися. Температура лишається ____ доти, доки сіль ____ не розплавиться, і ____ після цього далі.
Завдання 2
Пальник дає весь час однакову кількість тепла. На що воно витрачається в різних ділянках кривої плавлення?
Перетягни слова у правильні поля! Тепло спочатку потрібне для нагрівання ____, потім нагрівається ____. У пологій частині кривої тепло потрібне для ____, а далі - для ____.
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Що відбувається, коли кристал кидають у ще рідкий переохолоджений розплав? Поясни свої спостереження.