この実験について
透明な結晶化容器を使って、冷却と蒸発を比較します。どちらも溶けたまま残る溶質の量を減らすことがありますが、変化させる条件は異なります。この実験では、説明用の物質について明示された線形溶解度モデルを用いるため、明示されていない実験表に頼らず、結晶の質量予測をすべて検証できます。
学習目標
- 水の質量を一定に保って冷却し、次に温度を一定に保って蒸発させ、溶質を回収します。溶質の物質収支を確認してください。
- 装置の直接操作、数値表示、再現可能な試行を使って、予測を検証します。
- 含まれる物理的効果と、意図的に除外されている効果を説明します。
使い方
- 1水100 gに溶質40 gを入れ、80 ℃から始めます。溶質がすべて溶けることを確認してください。
- 2水を蒸発させずに20 ℃まで冷やします。結晶の質量と溶けている溶質の質量を記録してください。
- 380 ℃に戻し、水の40％を蒸発させます。冷却の場合と比較してください。
- 4各試行について、溶けている溶質と結晶の質量を足します。溶液全体の質量が減っても、この合計が変わらない理由を説明してください。
モデル
前提条件
- この物質は説明用の理想溶質であり、特定の化学物質に合わせて調整されたモデルではありません。溶解度は、20 ℃で水100 gあたり20 gから、80 ℃で水100 gあたり50 gまで直線的に上昇します。
- 固液平衡は瞬時に成立し、種結晶が存在します。過飽和、核生成の遅れ、結晶粒径分布、潜熱は考慮していません。
- 蒸発するのは水だけです。溶質は揮発せず、固体および溶解した溶質はすべて容器内に残ります。結晶の図は質量を視覚化したもので、分子を数えたものではありません。
授業で試してみましょう
- Q1全溶質質量が一定のまま、結晶の質量が増えるのはなぜですか？
- Q2このモデルで、溶質40 gをちょうど溶解した状態に保つには、80度で水をどれだけ残す必要がありますか？
よくある質問
これは実測された硝酸カリウムのデータですか？
いいえ。溶解度の法則は、説明のために明示的に設定したモデルです。実際の物質には、それぞれの実測溶解度曲線が必要です。
溶解可能量が減ると、なぜ結晶がすぐに現れるのですか？
このモデルでは、平衡状態と既存の種結晶を仮定しています。核生成にかかる時間や成長速度は予測しません。