128 - Το ph του νερού και η θερμοκρασία - 3,( στο σπίτι )
TRANSCRIPT
128 - Το Ph του νερού και η θερμοκρασία – 3, ( στο σπίτι ).
Γουρζής Στάθης – Φυσικός ΥΣΕΦΕ 2012 - 2013 Εργαστήρια Φυσικών Επιστημών Νυδριού Λευκάδος
http://employees.oneonta.edu/viningwj/sims/acid-base_properties_of_water_s.html
Στην διεύθυνση αυτή του διαδικτύου, υπάρχει ένα πολύ ενδιαφέρον πρόγραμμα, με το οποίο μπορείτε να υπολογίσετε την τιμή του Ph του νερού,
σε θερμοκρασίες από 1 οC έως 99 οC …
… το Ph του καθαρού νερού είναι, σε συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας, ίσο με 7…
Όπως φαίνεται από το πρόγραμμα αυτό …
Θα προσπαθήσουμε να καταγράψουμε πειραματικά τις διαφορετικές τιμές του Ph,
ανάλογα με την θερμοκρασία του νερού …
Θα χρησιμοποιήσουμε λίγο νερό και ένα μικρό μπρίκι …
… μαζί με το Multilog …
… και τον αισθητήρα της θερμοκρασίας …
… τον αισθητήρα του Ph …
… ένα καλώδιο σύνδεσης …
Ξεκινάμε το MultiLog …
… και συνδέουμε τον αισθητήρα της θερμοκρασίας στην πρώτη ελεύθερη θύρα …
… στη συνέχεια συνδέουμε τον αισθητήρα του Ph στη μία άκρη του καλωδίου σύνδεσης …
… ενώ την άλλη άκρη, την βάζουμε στην δεύτερη
ελεύθερη θύρα του Multilog …
… προσθέτουμε το νερό …
… και ορίζουμε με το κουμπί « Rate», την δειγματοληψία,
να είναι « 1 κάθε 10 sec » …
… ενώ με το κουμπί « Samples », ορίζουμε σύνολο δειγμάτων « 500 »…
Τοποθετούμε τους αισθητήρες μέσα στο δοχείο …
… και παίρνουμε την πρώτη μας μέτρηση …
Παρατηρούμε ότι οι τιμές του Ph έχουν μια διαφορά, και αυτό γιατί δεν αρχικοποιήσαμε το Ph – μετρο στο Ph = 7,4,
που είναι περίπου το Ph του νερού της βρύσης σε θερμοκρασία περιβάλλοντος …
Το πρόγραμμα του Internet , αλλάζοντας την θερμοκρασία και πατώντας « Υπολογισμός »,μας δίνει …
Πείραμα
Θ = 16,16 οC Ph = 6,49
Θ = 16 οC Ph = 7,15
Βάζουμε το δοχείο με το νερό και τους αισθητήρες στην κατάψυξη …
… και παίρνουμε την δεύτερη μας μέτρηση …
Θ = 15,81 οC Ph = 6,53
… για την οποία ισχύει ότι και προηγούμενα, μιας και είναι πολύ κοντά στους 16 οC …
Πείραμα
Θ = 15,81 οC Ph = 6,53
Θ = 16 οC Ph = 7,15
Θ = 12,13 οC Ph = 6,87
Παίρνουμε ένα ζευγάρι τιμών …
… για να ελέγξουμε την πορεία των μετρήσεων …
Θ = 12,13 οC Ph = 6,87
Θ = 12 οC Ph = 7,22
Πείραμα
Παρατηρούμε ότι οι τιμές του Ph έχουν μια μικρή διαφορά …
… σύμφωνα με το πρόγραμμα υπολογισμού του Ph …
Θ = 9,50 οC Ph = 6,99
Η θερμοκρασία πέφτει αρκετά γρήγορα …
Θ = 9,50 οC Ph = 6,99
Θ = 9 οC Ph = 7,28
Πείραμα
… και το πρόγραμμα μας δίνει νέες τιμές υπολογισμού του Ph …
… όπου και παρατηρούμε ότι οι τιμές του Ph, από το πρόγραμμα και το πείραμα, είναι πολύ κοντά …
Η θερμοκρασία εξακολουθεί να πέφτει αρκετά γρήγορα …
Θ = 5,05 οC Ph = 7,22
Θ = 5,05 οC Ph = 7,22
Θ = 5 οC Ph = 7,35
Πείραμα
Παρατηρούμε πάλι, ότι οι τιμές του Ph, από το πρόγραμμα και το πείραμα, είναι πολύ κοντά …
Υπολογίζουμε, με την αλλαγή της θερμοκρασίας, την καινούργια τιμή του Ph …
Γι΄ αυτό το ζευγάρι τιμών …
Θ = 1,78 οC Ph = 7,31
Θ = 1,78 οC Ph = 7,31
Θ = 2 οC Ph = 7,41
Πείραμα
… που είναι αρκετά καλή προσέγγιση …
Το πρόγραμμα του Internet , αλλάζοντας την θερμοκρασία και πατώντας « Υπολογισμός »,μας δίνει …
Για το επόμενο ζευγάρι τιμών …
Θ = 1,04 οC Ph = 7,33
Θ = 1,04 οC Ph = 7,33
Θ = 1 οC Ph = 7,43
Πείραμα
Το πρόγραμμα μας δίνει τιμές για το Ph …
.. που διατηρούν μια πολύ καλή, μικρή, διαφορά …
Για τιμές πολύ κοντά στους 0 οC όπως εδώ, η τιμή του Ph διατηρείται στα ίδια επίπεδα,
όπως προηγούμενα …
Θ = 1,04 οC Ph = 7,33
Θ = 0,14 οC Ph = 7,35
Στο απόλυτο 0 οC, έχουμε την ίδια τιμή του Ph, όπως προηγούμενα …
Θ = 1,04 οC Ph = 7,33
Θ = 0,14 οC Ph = 7,35
Θ = 0 οC Ph = 7,35
Η πορεία μεταβολής του Ph, μπορεί να φανεί και στην γραφική παράσταση …
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
Θ = 16 οC
Ph = 6,5 Θ =0οC
Ph = 7,35
Βγάζουμε το δοχείο με τους αισθητήρες από το ψυγείο …
Θ = 0,14 οC Ph = 7,35
Θ = 0,14 οC Ph = 7,26
… και παίρνουμε μετρήσεις, διαπιστώνοντας ότι στην ίδια θερμοκρασία,
όπως προηγούμενα, έχουμε διαφορετική τιμή για το Ph …
Σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο 0 οC …
… συνεχίζουμε την σύγκριση, για το επόμενο ζευγάρι τιμών …
Θ = 1,04 οC Ph = 7,20
Το πρόγραμμα μας δίνει νέες τιμές για το Ph, προσέχοντας όμως ότι έχουμε πάλι θερμοκρασία Θ = 1,04 οC …
… … διαπιστώνουμε, πάλι, ότι στην ίδια θερμοκρασία,
όπως προηγούμενα, έχουμε διαφορετική τιμή για το Ph …
Θ = 1,04 οC Ph = 7,33
Θ = 1,04 οC Ph = 7,20
Θ = 1 οC Ph = 7,43
Πείραμα
Η θερμοκρασία αρχίζει να ανεβαίνει …
Θ = 4,60 οC Ph = 6,55
Θ = 4,60 οC Ph = 6,55
Θ = 4 οC Ph = 7,37
… και υπολογίζουμε τις νέες τιμές για το Ph …
Πείραμα
Παρατηρούμε ότι οι τιμές του Ph, αρχίζουν να παρουσιάζουν μια σημαντική διαφορά …
Ξεκινάμε ήπια θέρμανση …
… και η θερμοκρασία αρχίζει να ανεβαίνει πιο γρήγορα …
Θ = 12,25 οC Ph = 6,54
… υπολογίζουμε τις νέες τιμές για το Ph …
… και βλέπουμε ότι δεν έχει μεταβληθεί πολύ από τους Θ = 4 οC , παρουσιάζοντας την ίδια απόκλιση
με το πρόγραμμα, όπως προηγουμένως …
Θ = 4,60 οC Ph = 6,55
Θ = 12,25 οC Ph = 6,54
Θ = 12 οC Ph = 7,22
Πείραμα
Η θερμοκρασία συνεχίζει να ανεβαίνει γρήγορα …
Θ = 24,36 οC Ph = 6,64
Θ = 24,36 οC Ph = 6,64
Θ = 24 οC Ph = 7,01
Πείραμα
Το πρόγραμμα μας δίνει νέες τιμές για το Ph …
… και βλέπουμε ότι η απόκλιση με το πρόγραμμα, παραμένει, αλλά ελαττώνεται ταυτόχρονα …
Συνεχίζουμε την σύγκριση, για το επόμενο ζευγάρι τιμών …
Θ = 39,42 οC Ph = 6,81
Θ = 39,42 οC Ph = 6,81
Θ = 39 οC Ph = 6,78
Πείραμα
Η τιμή του Ph,από το πείραμα, είναι σχεδόν η ίδια με αυτή του προγράμματος …
Υπολογίζουμε τις τιμές του Ph, για αυτή τη θερμοκρασία …
Η θερμοκρασία συνεχίζει να ανεβαίνει …
Θ = 49,33 οC Ph = 7,04
Θ = 49,33 οC Ph = 7,04
Θ = 49 οC Ph = 6,63
… και βλέπουμε ότι η τιμή του Ph,από το πείραμα, έχει αρχίσει να αποκλίνει, σχετικά λίγο, με αυτή του προγράμματος …
Πείραμα
Υπολογίζουμε τις τιμές του Ph, και για αυτή τη θερμοκρασία …
Θ = 56,79 οC Ph = 7,11
Για αυτό το ζευγάρι τιμών …
Θ = 56,79 οC Ph = 7,11
Θ = 57 οC Ph = 6,52
Υπολογίζουμε τις τιμές του Ph …
Πείραμα
… και βλέπουμε ότι η τιμή του Ph,από το πείραμα, έχει αρχίσει να αποκλίνει περισσότερο ,από αυτή του προγράμματος …
Η θερμοκρασία συνεχίζει να ανεβαίνει …
Θ = 79,52 οC Ph = 7,24
Θ = 79,52 οC Ph = 7,24
Θ = 79 οC Ph = 6,25
Το πρόγραμμα υπολογίζει τις νέες τιμές του Ph για αυτή τη θερμοκρασία …
… και βλέπουμε ότι η απόκλιση μεγαλώνει, όσο αυξάνεται και η θερμοκρασία …
Πείραμα
Στο επόμενο ζευγάρι τιμών …
Θ = 89,19 οC Ph = 7,12
Θ = 89,19 οC Ph = 7,12
Θ = 89 οC Ph = 6,13
Πείραμα
Το πρόγραμμα υπολογίζει τις νέες τιμές του Ph …
Η απόκλιση παραμένει ίδια, κοντά στην μια μονάδα …
Ο βρασμός, είναι πολύ κοντά να ξεκινήσει, γιατί σχηματίζονται ήδη, οι πρώτες μικρές φυσαλίδες …
… όπως φαίνεται εδώ …
Σε αυτή τη θερμοκρασία …
Θ = 94,46 οC Ph = 7,07
Θ = 94,46 οC Ph = 7,07
Θ = 94 οC Ph = 6,08
Πείραμα
Το πρόγραμμα υπολογίζει τις νέες τιμές του Ph …
… και εδώ η απόκλιση στις τιμές παραμένει στα ίδια επίπεδα, δηλαδή σχεδόν μια μονάδα …
Η γραφική παράσταση, όπου η θερμοκρασία μεταβάλλεται μέχρι βρασμού, δείχνει την μεταβολή του Ph, από Ph = 7,3 σε Ph = 6,5 και πάλι σε τιμή Ph = 7 …
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
Θ = 100 οC
Θ = 0 οC Ph = 6,5
Ph = 7,3
Ph = 7
Ο βρασμός ξεκινά …
Σε αυτή τη θερμοκρασία …
Θ = 98,41 οC Ph = 7,02
Θ = 98,41 οC Ph = 7,02
Θ = 98,41 οC Ph = 8,02
… παίρνουμε δύο διαφορετικές τιμές για το Ph …
… που υποδεικνύει ότι η διαφορά, στις πειραματικές τιμές και σε αυτές του προγράμματος, ίσως οφείλεται στην απότομη αύξηση της θερμοκρασίας,
όπως φαίνεται και στα δύο προηγούμενα πειράματα …
Θ = 98,41 οC Ph = 7,02
Θ = 98,41 οC Ph = 8,02
Θ = 98 οC Ph = 6,04
Πείραμα
Εδώ δείχνουμε τους υπολογισμούς – μετρήσεις που έγιναν και υποδεικνύουν τα προηγούμενα συμπεράσματα …
Ph μπλε γραμμή
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Θ = 98 οC
Θ = 100 οC
Ph = 7,4
Ph = 14
Όταν πλησιάζουμε στο σημείο βρασμού, μεταξύ 98οC και 100 οC βαθμών Κελσίου, το Ph παίρνει πολύ μεγάλες τιμές …
Συνεχίζουμε την θέρμανση, αυξάνοντας το ρυθμό της …
Ο βρασμός ξεκινά να γίνεται πιο έντονος …
… και να συμβαίνει σε όλη την ποσότητα του νερού …
… γι΄ αυτό και η θερμοκρασία πλησιάζει πια στους 100 οC …
Αυξάνοντας και άλλο την θέρμανση …
… ο βρασμός συνεχίζεται …
… και η τιμή του Ph, βέβαια, ξεφεύγει κατά πολύ …
… και όσο συνεχίζεται ο βρασμός και η υψηλή θερμοκρασία …
… η τιμή του Ph ξεφεύγει ολοένα και πιο πολύ …
… μέχρι που προκαλεί σφάλμα οργάνου, ( Ph πάνω από την τιμή Ph = 14 ) …
Θ = 100 οC Θ = 100 οC
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
Ph = 9
Η γραφική παράσταση, όπου η θερμοκρασία είναι σταθερή στους 100 οC λόγω βρασμού, δείχνει την «μεταβολή» του Ph, από Ph = 9 σε Ph = 14 …
Ph = 14
… πράγμα που υποδεικνύει ότι δεν υφίσταται αξιόπιστη μέτρηση πια, αν όχι καθόλου μέτρηση της τιμής του Ph …
Σε αυτή τη γραφική παράσταση, βλέπουμε όλη τη μεταβολή της θερμοκρασίας, από την τιμή περιβάλλοντος που ξεκινήσαμε, μέχρι το βρασμό του νερού …
… ενώ η τιμή του Ph ξεφεύγει από την κανονικότητα των μετρήσεων, κοντά στους 98 οC με 100 οC …
Θ = 16 οC
Θ = 0 οC
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
Ph = 6,5
Ph = 7,4 Ph = 7,2
Θ = 100 οC
Βάζουμε το δοχείο με τους αισθητήρες ξανά στο ψυγείο …
… παρόλο που η θερμοκρασία πέφτει, η τιμή του Ph δεν λέει να εξομαλυνθεί …
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
Σε αυτή τη γραφική παράσταση, βλέπουμε την πτώση της θερμοκρασίας …
… καθώς και την πτώση στην τιμή του Ph, που παραμένει, όμως, εκτός ορίων κανονικότητας …
Θ = 100 οC
Θ = 80 οC
Ph = 14
Ph = 11
Η θερμοκρασία συνεχίζει να πέφτει, αλλά η τιμή του Ph παραμένει πολύ υψηλή …
… για αρκετή ώρα ακόμα …
… όπως φαίνεται σε αυτές τις μετρήσεις …
Θ = 51,33 οC Ph = 8,89
Ενδεικτικά, μαζί με τους υπολογισμούς του προγράμματος, …
… βλέπουμε ότι η διαφορά παραμένει πολύ μεγάλη, μεταξύ των τιμών του Ph και των τιμών που υπολογίζονται εδώ …
Πείραμα
Θ = 51,33 οC Ph = 8,89
Θ = 51 οC Ph = 6,61
… και ενώ η θερμοκρασία συνεχίζει να πέφτει, η τιμή του Ph παραμένει υψηλή …
Σε αυτή τη γραφική παράσταση, βλέπουμε πάλι την πτώση της θερμοκρασίας …
… καθώς και το γεγονός ότι η τιμή του Ph, παραμένει εκτός ορίων …
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
Θ = 77 οC
Θ = 40 οC
Ph = 9,8
Ph = 8,8
Η θερμοκρασία πέφτει, αλλά η τιμή του Ph παραμένει ακόμα υψηλή …
… όπως φαίνεται και από αυτό το ζευγάρι τιμών …
… και σε αυτή τη γραφική παράσταση, βλέπουμε την πτώση της θερμοκρασίας …
… ενώ η τιμή του Ph παραμένει πολύ υψηλή …
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
Θ = 40 οC
Θ = 27 οC
Ph = 8 ,3 Ph = 8 ,4
Ph = 8 ,5
Μία ώρα μετά την, εκ νέου, ήπια όμως, ψύξη του υγρού, η θερμοκρασία έχει πέσει πάρα πολύ,
και η τιμή του Ph αρχίζει να παρουσιάζει προσέγγιση με τις κανονικές τιμές που μας δίνει το πρόγραμμα …
Θ = 21,72 οC Ph = 7,94
Θ = 21,72 οC Ph = 7,94
Θ = 22 οC Ph = 7,05
Πείραμα
… όπως φαίνεται αν κάνουμε καινούργιους υπολογισμούς …
… για να διαπιστώσουμε μια διαφορά, αλλά όχι τόσο μεγάλη όσο την προηγούμενη μια ώρα …
Το Multilog συνεχίζει να καταγράφει …
… τις μεταβολές της θερμοκρασίας και του Ph …
H θερμοκρασία πλησιάζει αυτήν του περιβάλλοντος …
… και η τιμή του Ph πλησιάζει τις κανονικές τιμές, μία ώρα μετά την παύση του βρασμού
και αφού το δοχείο τοποθετήθηκε μέσα στο ψυγείο …
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
Θ = 24 οC
Θ = 18 οC
Ph = 8
Ph = 7,6
Η τιμή του Ph πλησιάζει αυτή του προγράμματος, 70 περίπου λεπτά μετά το τέλος της θέρμανσης …
Θ = 16,75 οC Ph = 7,57
Θ = 16,75 οC Ph = 7,57
Θ = 17 οC Ph = 7,13
Πείραμα
Το πρόγραμμα του Internet , αλλάζοντας την θερμοκρασία και πατώντας « Υπολογισμός », μας δίνει ένα μέτρο σύγκρισης …
… των τιμών του Ph από το πρόγραμμα και από το πείραμα, …
Εδώ οι τιμές των μεγεθών έχουν ξαναγυρίσει σε κανονικά επίπεδα …
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
Θ = 16,8 οC
Ph = 7,55
Ph μπλε γραμμή
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Αυτή είναι ολόκληρη η γραφική παράσταση, όπου το νερό παγώνει και ύστερα βράζει …
Θ = 16 οC
Θ = 100 οC
Ph = 6,5
Ph = 7 Ph = 6
… με την αντίστοιχη μεταβολή του Ph …
Θ = 0 οC
Αυτές είναι 4 φάσεις του πρώτου σταδίου του πειράματος …
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
Ψύξη στους 0 οC
Θέρμανση στους 100 οC
Βρασμός Έκθεση στο περιβάλλον
Θερμοκρασία Τ κόκκινη γραμμή
Ph μπλε γραμμή
… και αυτές είναι οι 4 φάσεις του δεύτερου σταδίου του πειράματος …
Ψύξη στους 80 οC – 40ο C Ψύξη στους 40 οC – 27 οC
Ψύξη στους 27 οC – 18 οC
Θερμοκρασία περιβάλλοντος
Οι απότομες μεταβολές, κυρίως η αύξηση, της θερμοκρασίας, επηρεάζουν άμεσα την τιμή του Ph και ειδικά όταν αυτές συμβαίνουν μέσα σε κάποια όρια.
Το Ph παίρνει, τότε, πολύ μεγάλες τιμές και δεν επανέρχεται στις κανονικές, παρά μόνο αφού περάσει αρκετή ώρα …
Τέλος πειράματος …