Proč se v zimě solí silnice?

Čas na přípravu a provedení úlohy

Přípravu pomůcek je nutné provézt v dostatečném předstihu, aby nám v mrazáku zamrzla voda. (Pokud je venku sníh, lze ho využít místo ledu.)

Čas na provedení této úlohy je maximálně 15 minut. (Bez následné diskuze s žáky.)

Potřebné pomůcky

Obr. 1 Potřebné pomůcky

Autor © Naděžda Vogalová

• led (nebo sníh)
• sůl
• sklenička
• teploměr Go!Temp
• počítač

Příprava experimentu

Je potřeba nechat si zmrznout vodu, nejlépe v tvořítkách na led, nebo si do skleničky nasbírat sníh.

Led nechat při pokojové teplotě natát tak, aby ve skleničce bylo dostatek vody pro ponoření teploměru.

Připojit teploměr Go!Temp k počítači, na kterém je nainstalovaný program Logger Lite (zdarma ke stažení na www.vernier.cz).

Provedení experimentu

• Před experimentem

Nejprve je dobré zjistit, zda se žáci nad otázkou, proč se v zimě solí silnice, někdy zamysleli a pokud ano, jestli vědí jak si to vysvětlit. Tato jejich vysvětlení je dobré si poznamenat, například na tabuli, a po proměření experimentu se k nim vrátit.

• Experiment

V počítači spustíme program Logger Lite. Dle obr. 2 nastavíme potřebné údaje (doba měření kolem 10 minut a frekvence sběru dat přibližně 30 za minutu).

Obr. 2 Změna údajů

Dále vložíme čidlo teploty do vody s ledem tak, aby bylo ponořené. Po krátké chvíli se hodnota ustálí blízko teploty 0 °C. Tuto teplotu bychom ve skleničce měřili až do doby, než by roztál všechen led.

Pokračujeme stisknutím zeleného tlačítka play (viz obr. 3).

Obr. 3 Play

Poté do skleničky vmícháme sůl (cca 5 polévkových lžic) a sledujeme, co se děje s měřenou teplotou. Průběh teploty je vidět na obr. 4. Ve třídě je ovšem lepší zvětšit okno s aktuální číselnou hodnotou teploty (na obr. 4 v červeném rámečku) tažením za pravý horní roh. Žáci si pak lépe sami ohlídají nejnižší teplotu.

Obr. 4 Naměřený graf

Pozn. Pokud je na škole k dispozici více teploměrů Go!Temp, mohou si žáci donést vlastní notebooky, na které nainstalujeme program Logger Lite, a v rámci laboratorní práce mohou žáci ve skupinkách zkoušet při kolika lžičkách soli v určitém množství vody s ledem dosáhnou nejnižší teploty.

• Výsledek a rozebrání experimentu

Z pozorování žáků či statistiky měření dojdeme k výsledku, že teplota klesá až pod teplotu -15 °C.

Vysvětlení děje ve sklenici: osolená voda má podstatně nižší teplotu tuhnutí (tání) než samotná voda, takže led, který měl původně teplotu kolem 0 °C, má tendenci roztát (protože „slaný led” by při teplotě 0°C byl už dávno roztátý). Na tání je třeba dodat energii a ta se získá „na úkor” teploty roztoku. A proto se teplota tak sníží.[1]

A právě toho, že osolená voda má nižší teplotu tuhnutí, se v zimě využívá při solení silnic. Pokud smícháme vodu se solí ve vhodném poměru (23,3 % soli), klesne teplota tání až na -21,2 °C. Pokud se ovšem solí silnice, nikdy se této koncentrace nedosáhne a proto se silnice solí pouze do teploty -7 °C. Pokud teplota vzduchu klesne pod tuto hodnotu, využívají silničáři jiných metod pro bezpečnost silnic (například se místo soli NaCl používá chlorid vápenatý CaCl_2).[1]

Na co si dát při experimentu pozor

• S dostatečným předstihem vytvořit led.
• S dostatečným předstihem před hodinou vyndat led z mrazáku a nechat ho tát při pokojové teplotě.
• Solí nešetřit (nejnižší teploty se dosáhne při hmotnostním poměru 23 % soli.
• Při přisypávání soli směs míchat, aby se sůl pouze neusadila na dně skleničky.

Co by si žáci měli z tohoto experimentu odnést

• Při tání ledu je teploty směsi stále 0 °C.
• Osolená voda má nižší teplotu tání než neosolená voda.