Ideaalgaaside seadused (0)

Laboratoorne töö 1
Ideaalgaaside seadused
Gaasilises olekus aine molekulid täidavad ühtlaselt kogu ruumi, molekulid on pidevas korrapäratus soojusliikumises. Molekulidevahelised kaugused on suured, mistõttu jõud nende vahel on väikesed ja jäetakse sageli arvestamata – ideaalgaas. Erinevalt tahketest ainetest ja vedelikest sõltub gaaside maht oluliselt temperatuurist ning rõhust. Gaasiliste ainete mahtu väljendatakse tavaliselt kokkuleppelistel nn normaaltingimustel:
temperatuur 273,15 K (0 °C)
rõhk 101 325 Pa (1,0 atm; 760 mm Hg)
Viimasel ajal soovitatakse kasutada gaaside mahu väljendamiseks ka nn standardtingimusi:
temperatuur 273,15 K (0 °C)
rõhk 100 000 Pa (0,987 atm; 750 mm Hg)
Avogadro seadus: Kõikide gaaside võrdsed ruumalad sisaldavad ühesugusel temperatuuril ja rõhul võrdse arvu molekule (või väärisgaaside korral aatomeid).
Kui normaaltingimustel on 1,0 mooli gaasi maht ehk molaarruumala Vm = 22,4 dm³/mol, siis standardtingimustel
Vm = 22,4 * 101 325/100 000 = 22,7dm ³/mol
Põhilised ideaalgaaside seadused
1. Boyle`i seadus
Konstantsel temperatuuril on kindla koguse gaasi maht (V) pöördvõrdelises sõltuvuses rõhuga (P).
PV = const
P1/P2 = V2/V1
2. Charles`i seadus
Konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht võrdelises sõltuvuses temperatuuriga.
V/T = const
V1/T1 = V2/T2
Kombineerides saame:
= =
Seda seost kasutatakse gaaside mahu viimiseks ühtedelt tingimustelt (rõhk P1, temperatuur T1) teistele (P2, T2), sealhulgas ka normaal - või standardtingimustele
V0 =
kus V0 on gaasi maht normaal- või standardtingimustel, P0 normaal- või standardtingimustele vastav rõhk (sõltuvalt valitud ühikutest), T0 normaal- ja standardtingimustele vastav temperatuur kelvinites (mõlemal juhul 273 K), P ja T aga rõhk ja temperatuur, mille juures maht V on antud või mõõdetud.
Ühe mooli gaasilise aine korral:
= const = R
R - universaalne gaasikonstant
n mooli gaasi kohta kehtib jargmine seos:
P*V = n*R*T
ehk Clapeyroni võrrand - PV = RT
3. Daltoni seadus
Keemiliselt inaktiivsete gaaside segu üldrõhk võrdub segu moodustavate gaaside osarõhkude summaga . Osarõhk on rõhk, mida avaldaks gaas , kui teisi gaase segus poleks. Näiteks sisaldab õhk mahuliselt 21% hapnikku ja 79% lämmastikku. Kui üldrõhk on 1,0 atm, siis hapniku osarõhk p(O2) = 0,21 atm ja lämmastiku osarõhk p(N2) = 0,79 atm. Üldrõhu 750 mm Hg korral saame aga hapniku osarõhuks p(O2) = 0,21⋅750 = 157,5 mm Hg. Osarõhk sõltub seega nii üldrõhust kui gaasi sisaldusest segus.
Püld = p1+p2+... = Σpi
pi = Püld * Xi
Xi -
vastava gaasi moolimurd segus.
Gaasilise aine molekulid liiguvad alati suunas, kus gaasi osarõhk on väiksem – toimub osarõhu ühtlustumine kogu süsteemis. Seda nähtust nimetatakse difusiooniks.
Difusioon on aineosakeste soojusliikumisest tingitud protsess, mis viib kontsentratsioonide ühtlustumisele süsteemis.
Gaasi suhteline tihedus on ühe gaasi massi suhe teise gaasi massi samadel tingimustel (V, P, T). Gaasi suhteline tihedus on ühikuta suurus ja näitab, mitu korda on antud gaas teisest raskem või kergem
D = m1/m2 = M1/M2
Suhtelist tihedust väljendatakse tavaliselt õhu suhtes (õhu keskmine molaarmass , arvestades lämmastiku ja hapniku massivahekorda õhus on 28,96 ≈ 29,0 g/mol) või vesiniku (M(H2) = 2,0 g/mol) suhtes:
Dõhk = Mgaas/29.0 või D(H2) = Mgaas/2.0
Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 kuupdetsimeetri gaasi mass normaaltingimustel:
⍴0 [g/dm³]= Mgaas [g/mol]/ 22.4 [dm³/mol]
Eksperimentaalne töö 1
Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine
Töö eesmärk:
Gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine.
Töö vahendid
Seadmed : Kippi aparaat või CO2 balloon (antud katse juures kasutasin CO2 ballooni), 300ml korgiga varustatud seisukolb, tehnilised kaalud, 250ml mõõtesilinder, termomeeter, baromeeter . Ained: CO2, H2O­.
Töö käik
Leida kolvi mass, koos sees oleva õhu ja korgiga. Teha kolvile märk korgi alumise ääre juurde. Juhtida kolbi CO2’te 7-8 minuti jooksul. Panna kolvile kork peale ning kaaluda. Lasta kolbi 1-2 minuti jooksul CO2-te. Korrata kuni tulemuste ühtlustumiseni. Fikseerida toatemperatuur ja õhurõhk ja arvutada õhu mass kolvis. Arvutada katsetulemuste järgi CO2 molaarmass ning võrrelda seda tegelikuga. Leida süstemaatiline viga ja suhteline viga.
Katsetulemused
Mass m1 ( kolb + kork + õhk kolvis) m1=144,23 g
Mass m2 (kolb + kork + CO2 kolvis) m2=144,38g
Kolvi maht (õhu maht, CO2 maht) V=302 ml=0,302 dm3
Õhutemperatuur t°= 22°C =295 K
Õhurõhk P= 103 200 Pa = 103,2 * 103 Pa
Katseandmete töötlus ja analüüs
1. Arvutada õhu (CO2) maht kolvis normaaltingimustel (V0)
= 0,2846 L
2. Leida õhu tihedus normaaltingimustel teades õhu keskmist molaarmassi ja kasutades gaaside tiheduse valemit
3. Leida õhu mass kolvis
mõhk = ρ˚*V0 mõhk= 1,29 * 0,2846 = 0,37 g
4. Arvutada kolvi ning korgi mass (m2) vahest
m3=m1-mõhk m3 = 144,23 - 0,37 = 143,86 g
5. Arvutada CO2 mass vahest:
m(CO2)= m2-m3 m(CO2)= 144,38 - 143,86 = 0,52 g
6. Leitud süsinikdioksiidi ning õhu massidest m(CO2) ja mõhk arvutada süsinikdioksiidi suhteline tihedus (D) õhu suhtes:
D= 0,52/0,37 = 1,4
7. Arvutada süsinikdioksiidi suhtelise tiheduse kaudu süsinikdioksiidi molaarmass M(CO2)
Mgaas=Dõhk*29 M(CO2)= 1,4*29 = 40,6 g/mol
8. Arvutada katse süstemaatiline viga, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0 g/mol ja katseliselt määratud molaarmassist
Δ=|M(CO2)-44,0| g/mol
Δ=|40,6 - 44,0|= 3,4
9. Arvutada katse suhteline viga
10. Leida süsinikdioksiidi molaarmass moolide arvu kaudu ja kasutades Clapeyroni võrrandit
Järeldus
CO2 molaarmassi võib leida:
1.
Kasutades gaaside tiheduse valemit (M(CO2) = 40,6 g/mol)
2. Moolide arvu kaudu (M(CO2) = 40,9 g/mol)
3. Kasutades Clapeyroni võrrandit (M(CO2) = 40,9 g/mol)
Katse ja arvutuste tulemusena sain süsinikdioksiidi molaarmassiks 40,6 g/mol. Tegelik molaarmass on aga 44,0 g/mol. Katsel esineb süstemaatiline viga 7,0%. Selle tekkeks võib olla mitmeid põhjuseid:
1. Korgi hermeetilisus pole kindel.
2. Kolvist pole võimalik kogu õhku välja saada.
Eksperimentaalne töö nr 2
Metallimassi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi
Töö eesmärk
Gaasiliste ainete mahu mõõtmine, gaaside segud ja gaasi osarõhk, arvutused gaasidega reaktsioonivõrrandi põhjal.
Töövahendid
Seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, filterpaber , termomeeter, baromeeter, 10% soolhappelahus, 5,0…10,0 mg metallitükk (Mg).
Töö käik
Katseseadeldis koosneb kahest kummivoolikuga tihedalt ühendatud büretist, mis on täidetud veega. Rõhk büretis peab olema võrdne välisrõhuga. Ühe büreti küljes on katseklaas, kus sees asub 5-6ml10% HCL. Asetame katseklaasi metallitükki, ning jälgime nivood büretis. Nivoo järgi saame teada eraldunud vesiniku, kus see on ka veeauru. Leiame metalli massi.
Reaktsiooni võrrand
Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂
Katse tulemused
Vee nivoo büretil enne reaktsiooni V1= 10,9 ml
Vee nivoo büretil pärast reaktsiooni V2=3,4 ml
Eraldunud vesiniku maht V=|V2-V1|= 7,5 ml =0,0075 L = 0,0075 dm3
Gaasi rõhk büretis Püld=103 200 Pa
Temperatuur t=22o => T= 295 K
Veeauru osarõhk temperatuuril to= PH2O= 19,8 mmHg=> 2639,8 Pa
MMg=24,3 g/mol
Katseandmete töötlus ja analüüs
V=|V2-V1| =>V= |20,4ml-14,2ml|= 6,0 ml= 0,0075 dm3
Veeauru osarõhk pH2O = 19,8 mm Hg
101 325 Pa – 760 mm Hg
x Pa - 19,8 mmHg
pH2=Püld-PH2O =>pH2= 103 200 Pa – 2639,8 Pa= 100 560,2 Pa
1.Eralduva vesiniku maht
2. Metalli massi leidmine
5. Veaprotsent
Kokkuvõte
Metalli massi võib leida eralduva gaasi mahu järgi.
Katse tulemusena tekkis veaprotsent 0,4%.