Лед и соль

Лед и соль

Содержание:

Введение

1. Особенности соляных растворов

2. Солёный лёд в природе

3. Применение

4. Практическая часть

    4.1 Зависимость температуры кристаллизации воды от концентрации соли.

    4.2 Приготовление мороженого из сока

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Скользкие дороги – это масштабная проблема, которая касается всех без исключения – и пешеходов, и водителей. Из-за гололеда буквально в разы возрастает опасность дорожных аварий и травм.

        В крупных городах России для борьбы со скользкими дорогами используют смеси. В свойствах смесей есть интересная закономерность: температура плавления смеси нескольких веществ ниже, чем температура плавления каждого из чистых веществ по отдельности. Так температура плавления чистой воды (в виде льда или снега) 00С. Если внести в лед примесь поваренной соли, то лед начинает плавиться при более низких минусовых температурах. Температура плавления зависит от соотношения льда и соли, скорости перемешивания и даже степени измельчения льда.

        Меня заинтересовало это явление, и я решил исследовать его особенности.

Цель: изучить физические свойства солёного снега (солёных растворов) и рассмотреть практическое применение этих исследований.

Задачи:

1. Изучить литературу по данной теме.

2. Провести экспериментальные исследования.

3. Рассмотреть  применение подобных явлений.

Особенности соляных растворов

        При смешивании соли со снегом наблюдаются два процесса:

1) разрушение кристаллической решетки соли, процесс происходит с поглощением тепла;

2) гидратация (взаимодействие воды с химическими соединениями) ионов, процесс происходит с выделением тепла в окружающую среду.

        Ещё одна особенность соляных растворов состоит в том, что их точка замерзания ниже 0°C.Чтобы снег на дорогах таял при температуре ниже 0°C, его посыпают этими солями.

        Чтобы расплавить кристаллы льда нужно огромное количество энергии, которая берется из самой смеси. В итоге, температура смеси резко падает.

Солёный лёд в природе

        В XVII веке существовало убеждение о том, что прочный лёд может образоваться при замерзании лишь пресной воды, а морская вода из-за своей солёности не может дать прочного льда. Как полагали, лёд, образующийся при замерзании морской воды, должен быть обязательно непрочным и рыхлым. Поэтому в те времена, с упорством, достойным лучшего применения, снаряжались экспедиции к Северному полюсу, заранее обречённые на неудачу – парусники всякий раз застревали во льдах. Из морской воды образуется исключительно прочный многолетний полярный лёд (паковый лёд), при низких температурах он может быть настолько твёрдым, что об него расплющиваются свинцовые пули; к тому же многолетний полярный лед дает при таянии практически пресную воду. Морской лёд жители Севера употребляют в пищу. Лёд они выбирают старый, многолетний, так как он малосолёный, а свежезамороженный морской  лёд солёный. Сам процесс замерзания морской воды оказывается сложным. Во-первых, температура замерзания солёной воды уменьшается по мере возрастания степени солёности. Во-вторых, кристаллическая решётка льда может образовываться лишь из атомов кислорода и водорода – она не допускает замены этих атомов какими-либо другими. Отсюда следует, что сами кристаллы льда – это всегда чистый лёд, независимо от того,  из какой воды он образовался, пресной или солёной. При замерзании рассола лёд образуется только из растворителя (чистой воды), а соли концентрируются в жидком рассоле. По мере образования льда концентрация солей в рассоле будет возрастать. А это, в свою очередь, означает, что температура замерзания будет уменьшаться – в результате весь процесс замораживания затормозится.

Применение

          Применяют это явление для борьбы с гололедом на дорогах в больших городах.

         Во-первых, посыпав дорогу солью, получаем пограничный слой, в котором смесь льда и соли начинает плавиться, потому что температура замерзания этого слоя ниже, соленая вода не замерзает даже при -150С.  Проезжая часть быстро очищается ото льда и снега, повышается безопасность движения. Высыпать несколько мешков соли намного быстрее, чем собирать тонны снега.

        Вторая причина, зачем дороги посыпают солью в морозную погоду – экономическая целесообразность. Удалять снег с проезжей части механическим способом дорого. Приходится задействовать экскаваторы, бульдозеры, самосвалы и другую технику. Чтобы посыпать дорогу реагентом, достаточно одной машины. Надо просто обработать поверхность проезжей части, растаявший снег и лед стекает в кюветы и стоки. Экономится топливо и трудовые ресурсы.

        Смесь соли и льда можно использовать в домашних условиях. Например, охладить напитки в течение нескольких минут или приготовить мороженое из сока.

Практическая часть

1. Зависимость температуры кристаллизации воды от концентрации соли.

                Я рассчитал количество соли, необходимое для каждого раствора. После этого отмерил определенное количество соли и растворил соль в воде.

                 Затем разместил в морозильной камере стаканчики с чистой водой и с соляными растворами разной солёности. Стал наблюдать процесс кристаллизации. Данные наблюдения занес в таблицу.

        В результате наблюдений выяснил, что процесс замерзания солёных растворов, а значит и морской воды в природе, сложный. Видно, что куски льда плавают в рассоле и что некоторая часть рассола оказывается внутри кусков льда. Значит, при замерзании рассола лёд образуется только из чистой воды, а соли концентрируются в жидком рассоле. Очевидно, что по мере образования льда концентрация солей в рассоле будет возрастать. А это означает, что температура замерзания будет уменьшаться – в результате весь процесс замерзания затормозится.

        По результатам опыта я увидел, что при повышении концентрации соли температура замерзания смеси  понижается.

2. Приготовление мороженого из сока.

        Я взял пакет и налил в него фруктовый сок. Пакет плотно закрыл. В другой пакет большего размера засыпал лед и добавил соль. Поместил пакет с соком в пакет с солью и встряхивал в течение 1-2 минут. Получил мороженое из сока.

Заключение

        В своем проекте я исследовал явление плавления льда при температуре ниже 00С. Но для этого его смешивают с солью.  Данное явление имеет практическое применение. Мне было интересно рассмотреть материал, который не изучается на уроках физики.

Используемая литература

1. Заборьева О.М. Зимние вопросы  2004.
2. Пурышева Н.С., Важеевская Н.В. Физика 8 класс: учебник для общеобразовательных учреждений, М.: Дрофа, 2015.
3. Тарасов Л.В. Физика в природе: книга для учащихся, М.: Просвещение, 1988.
4. https://ru.wikihow.com