جواب آزمایش 17 صفحه 140 درس 4 آزمایشگاه علوم تجربی دهم (آزمایش های کاوشگری)

شرح آزمایش:

این آزمایش برای بررسی تأثیر ناخالصی (نمک) بر نقطه ذوب یخ طراحی شده است:

• مرحله اول و دوم: ریختن خرده‌های یخ در قیف و اندازه‌گیری دمای آن. در این حالت دماسنج دمای حدود صفر درجه سانتی گراد (نقطه ذوب یخ خالص) را نشان می‌دهد.
• مرحله سوم: اضافه کردن نمک به یخ. با این کار، دماسنج عددی پایین‌تر از صفر را نشان می‌دهد. یعنی دمای مخلوط یخ و نمک کاهش می‌یابد.
• مرحله چهارم: با اضافه کردن نمک، مشاهده می‌کنیم که یخ با سرعت بیشتری شروع به ذوب شدن می‌کند، حتی اگر دما زیر صفر باشد.

دماهای زیر صفر درجه سلسیوس (از دماهای انجماد معمولی تا دماهای فوق‌سرد یا کرایوژنیک) نقشی حیاتی در حوزه‌های پزشکی، صنعتی و پژوهشی ایفا می‌کنند.

کاربردهای پزشکی

• انجماد و حفظ زیستی (Cryopreservation): نگهداری طولانی‌مدت اسپرم، تخمک، جنین، سلول‌های بنیادی و فرآورده‌های خونی در دمای 196- درجه سلسیوس (نیتروژن مایع) بدون توقف فعالیت سلولی پس از ذوب.

• جراحی سرمایی (Cryosurgery): تخریب هدفمند بافت‌های غیرطبیعی، زگیل‌ها، ضایعات پوستی و تومورهای سرطانی از طریق انجماد موضعی و آنی سلول‌ها.

• خنک‌سازی دستگاه‌های MRI: استفاده از هلیوم مایع با دمای 269- درجه سلسیوس برای پایدار نگه داشتن خاصیت ابررسانایی در آهنرباهای مغناطیسی تصویربرداری.

• زنجیره سرد دارویی: انتقال و ذخیره‌سازی واکسن‌های حساس (مانند واکسن‌های مبتنی بر mRNA در دمای 80- تا 20- درجه سلسیوس).

کاربردهای صنعتی

• صنایع غذایی (انجماد سریع - IQF): انجماد فوری مواد غذایی برای جلوگیری از تشکیل بلورهای درشت یخ و حفظ طعم، بافت و مواد مغذی.

• بهبود خواص فلزات (عملیات حرارتی کرایوژنیک): قرار دادن فولاد و ابزارهای برش در دمای زیر 150- درجه سلسیوس برای تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت، افزایش مقاومت به سایش و طول عمر قطعات.

• تولید و جداسازی گازها: میعان گاز طبیعی (LNG) در دمای 162- درجه سلسیوس برای کاهش ۶۰۰ برابری حجم جهت صادرات، و همچنین جداسازی نیتروژن، اکسیژن و آرگون از هوا از طریق تقطیر جزء‌به‌جزء در دماهای برودتی.

• بازیافت لاستیک و پلیمرها: منجمد کردن لاستیک‌های فرسوده تا رسیدن به حالت ترد و شکننده، سپس خرد کردن آسان آن‌ها به پودر لاستیک.

روش‌های دستیابی به دماهای زیر صفر