Ideaalgaaside seadused (0)

Sissejuhatus

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 (0,987 atm;750 mmHg)
  

Charles'i seadus
Konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht võrdelises sõltuvuses temperatuuriga.

• 
  

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.
n mooli gaasi kohta kehtib seos
PV=nRT ehk Clapeyroni võrrand
R= 8,314 J/mol∙K
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
Suhtelist tihedust väljendatakse tavaliselt õhu suhtes (õhu keskmine molaarmass , arvestades lämmastiku ja hapniku massivahekorda õhus on
28,96 ≈29,0 g/mol) või vesiniku (MH2= 2,0 g/mol) suhtes
Suhtelise tiheduse kaudu on kerge leida tundmatu gaasi molaarmassi. Kaaludes samadel tingimustel (rõhk, temperatuur) ära kindla mahu õhku ja tundmatut gaasi, saab suhtelisest tihedusest ehk masside suhtest molaarmassi vastavalt
Mgaas = Dõhk⋅29
Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 kuupdetsimeetri gaasi mass normaaltingimustel

Eksperimentaalne töö 1

Töö ülesanne ja eesmärk

Gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine.

CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O

Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid

• Töövahendid ja mõõteseadmed : CO2 balloon , 300 ml korgiga varustatud seisukolb, tehnilised kaalud, 250 ml mõõtesilinder, termomeeter , baromeeter .
  
• Kasutatud kemikaal : CO2
  

Kasutatud uurimis- ja analüüsimeetodid ning metoodikad

• Kõigepealt tuli kaaluda tehnilistel kaaludel korgiga varustatud ~300 ml kuiv kolb (mass m1).
  
• Kolvi kaelale tuli teha viltpliiatsiga märge korgi alumise serva kohale ning juhtida balloonist 7...8 minuti vältel kolbi süsinikdioksiidi.
  
• Kolb tuli sulgeda kiiresti korgiga ja kaaluda uuesti (m2).
  
• Kolvi mahu (seega ka temas sisalduva gaasi mahu) määramiseks tuli kolb täita märgini toatemperatuuril oleva veega ja vee maht mõõta mõõtesilindri abil.
  
• Lõpuks tuli fikseerida katse sooritamise momendil termomeetri ja baromeetri abil õhutemperatuur ja õhurõhk laboris.
  

Katseandmed

mass m1 (kolb + kork + õhk kolvis) m1= 144,34 g
mass m2 (kolb + kork + CO2 kolvis) m2= 144,55 g
kolvi maht (õhu maht, CO2 maht) V= 315 ml=0,315 dm3
õhutemperatuur t°= 22°C= 295,15 K
õhurõhk P= 102800 Pa

Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs

gaasi maht normaaltingimustel V0
õhu tihedus
ρ0= 29/22,4 = 1,29 g/dm3
õhu mass kolvis
mõhk =1,29g/dm3∙0,295dm3=0,381 g
kolvi ning korgi mass (m3)
m3=m1-mõhk m3=144,34 g-0,381 g = 143,96 g
CO2 mass
mCO2=m2-m3 mCO2=144,55 g-143,96 g = 0,59 g
süsinikdioksiidi suhteline tihedus (D)
gaasi molaarmass
Mgaas=D∙29 Mgaas=1,55∙29=44,95 g/mol
süstemaatiline viga
= MCO2-44,0 g/mol = 44,95 g/mol – 44,0 g/mol = 0,95
suhteline viga

Leida süsinikdioksiidi molaarmass, kasutades ka muid lahenduskäike:

Moolide arvu kaudu
V0CO2→nCO2 →MCO2

Kasutades Clapeyroni võrrandit
ehk R=8,314 J/mol∙K

Kokkuvõte ja järeldused

Katse eesmärgiks oli hinnata kui palju erineb katses mõõdetava süsinikdioksiidi molaarmass tegelikust molaarmassist, milleks on 44,0 g/mol. Katse põhjal tuli molaarmassiks esimese arvutuskäigu järgi 44,95g/mol. Teise arvutuskäigu järgi tuli molaarmassiks 45,38 g/mol ja kolmanda arvutuskäigu ehk Clapeyroni võrrandi järgi tuli selleks 44,7 g/mol. Katse süstemaatiline viga on 0,95 ja suhteline viga 2,2 %. Ebatäpsused võisid tulla arvutustesse sisse, kas arvutamisel ümardamiste tõttu või katse käigus mõningatel juhtudel, nt. kolvi mahu mõõtmisel mõõtesilindriga, viltpliiatsiga märke tõmbamine kolvile, vee valamisel kolvi.

EKSPERIMENTAALNE TÖÖ 2

Töö ülesanne ja eesmärk

Gaasiliste ainete mahu mõõtmine, gaaside segud ja gaasi osarõhk, arvutused gaasidega reaktsioonivõrrandi põhjal.

Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid

• Töövahendid ja mõõteseadmed: Seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, filterpaber , termomeeter, baromeeter.
  
• Kemikaalid : 10%-ne soolhappelahus, 5,0...10,0 mg metallitükk (Mg).
  

Kasutatud uurimis- ja analüüsimeetodid ning metoodikad

• Kõigepealt tuli metallitükk mähkida märja filterpaberi sisse
  
• Seejärel mõõta väikese mõõtesilindriga 5...6 ml 10%-st soolhappelahust.
  
• Valada hape läbi lehtri katseklaasi nii, et katseklaasi ülaosa ei puutuks happega kokku.
  
• Hoides katseklaasi väikese nurga all, tuli asetada filtripaber metallitükiga katseklaasi avausest umbes 1 cm kaugusele ja sulgeda katseklaas hermeetiliselt .
  
• Liigutada bürette üles-alla nii, et vee nivood oleksid ühel tasemel.
  
• Katseklaasi järsult liigutades kukutada metallitükk happesse.
  
• Reaktsiooni lõppedes jälgida nivoode tasemete kõikumisi. Kui nivoodes oleva vee tase enam ei muutu, märkida uus nivoo näit.
  
• Lõpuks fikseerida õhurõhk ja temperatuur laboris.
  

Katseandmed

Vee nivoo büretil enne reaktsiooni V1 = 17,5 ml
Vee nivoo peale reaktsiooni V2 = 24,2 ml
Eraldunud vesiniku maht V=|V2-V1| = 6,7 ml = 0,0067 dm3
Gaasi rõhk büretis Püld = 102800 Pa
Temperatuur t° = 22 °C = 295,15 K
Veeauru osarõhk temperatuuril pH2O
19,8 mmHg = 2639,78 Pa

Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs

Mg + 2HCl →MgCl2+ H2
vesiniku mahu viimine normaaltingimustele
Moolide arv
mol
Magneesiumi mass
mMg = 2,7∙10-4 ∙ 24,3
6,6∙10-3 g = 6,6 mg
Suhteline viga

Kokkuvõte ja järeldused

Katse eesmärgiks oli leida magneesiumi tükikese mass katses eralduva vesiniku hulga järgi. Katse põhjal tuli magneesiumi massiks 6,6 mg, kuid õige tulemus peaks olema 6,7 mg. Ebatäpsused võisid tulla katse käigus büretilt ühikute valesti maha lugemisega või arvutuste tegemise ajal vale ümardamise tulemusena. Katse suhteline viga oli 1,5%.