Keemia aluste protokoll 1 (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 (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 101 325
Vm = 22,4 ⋅ ⎯⎯⎯⎯⎯ = 22,7 dm³/mol 100 000
Boyle 'i seadus
Konstantsel temperatuuril on kindla koguse gaasi maht (V) pöördvõrdelises sõltuvuses rõhuga (P). P₁
V₂2
PV = const ⎯⎯ = ⎯⎯ P₂2
V₁1
Charles'i seadus
Konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht võrdelises sõltuvuses temperatuuriga. V
V₂
V₁
⎯⎯ = const ⎯⎯ = ⎯⎯
T
T₂
T₁
Kombineerides saab P₁ V₁
P₂ V₂
P⁰ V⁰
⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯ T⁰
T₁
T₂
Seda seost kasutatakse gaaside mahu viimiseks ühtedelt tingimustelt (rõhk P1, temperatuur T1) teistele (P2, T2), sealhulgas ka normaal- või standardtingimustele P V T⁰
V⁰ = ⎯⎯⎯ P⁰ T
Ühe mooli gaasilise aine korral P V
⎯⎯ = const = R T
R – universaalne gaasikonstant
n mooli gaasi kohta kehtib seos m
P V = n R T ehk P V = ⎯⎯ R T Clapeyroni võrrand M
Daltoni seadus. Keemiliselt inaktiivsete gaaside segu üldrõhk võrdub segu moodustavate gaaside osarõhkude summaga . Osarõhk on rõhk, mida avaldaks gaas , kui teisi gaase segus poleks.
Püld = p₁ + p₂ + ... = Σpi
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. m₂
M₂
D = ⎯⎯ = ⎯⎯ m₁
M₁
Suhtelist tihedust väljendatakse tavaliselt õhu suhtes (õhu keskmine molaarmass , arvestades lämmastiku ja hapniku massivahekorda õhus on 28,96 ≈ 29,0 g/mol) või vesiniku (Mң₂ = 2,0 g/mol) suhtes. Mgaas
Dõhk = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 29,0
Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 kuupdetsimeetri gaasi mass normaaltingimustel. Mgaas [g/mol]
ρ⁰ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ g/dm³ 22,4 [dm³/mol]
Veeauru osarõhk sõltuvalt temperatuurist:
t0 0C
pH2O mm Hg
t0 0C
pH2O mm Hg
t0 0C
pH2O mm Hg
-10
2,05
17
14,5
24
22,4
-5
3,01
18
15,5
25
23,8
0
4,58
19
16,5
26
25,2
5
6,60
20
17,5
27
26,7
10
9,2
21
18,7
28
28,4
15
12,8
22
19,8
29
30,1
16
13,6
23
21,1
30
31,9
Eksperimentaalne töö 1
Ülesanne: Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine
Eesmärk: Gaaside saamine laboratooriumis. Luua seoseid gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel. Leida gaasiliste ainete molaarmass .
Kasutatud seadmed :

• CO2 balloon
  
• 300 ml korgiga varustatud kolb
  
• tehniline kaal
  
• 250 ml mõõtesilinder
  
• termomeeter
  
• baromeeter
  

Kasutatud ained:

• CO2
  

Kasutatud uurimismeetodid
Alustuseks tuli kaaluda kuiv korgiga kolb tehnilisel kaalul. Märgiti korgi alumise serva asukoht kolvil. Seejärel tuli balloonist kolbi juhtida 7-8 minuti minuti vältel süsinikdioksiidi. Pärast seda kolb sulgeda ning uuesti kaaluda. Seejärel juhiti sinna veel süsinikdioksiidi (umbes 2 minutit) ning kaaluti uuesti. Et määrata kolvi mahtu, oli vaja see täita veega ja mõõta vee maht mõõtesilindri abil. Fikseerida õhutemperatuur ja õhurõhk laboris.
Katseandmed :
Mass (kolb + kork + õhk kolvis) m1 = 147,19 g
Mass ( kolb + kork + CO2 kolvis) m2 = 147,35 g
Kolvi maht ( õhu maht, CO2 maht) V = 320 ml = 0,320 dm3
Õhutemperatuur t0 = 22⁰C = 295,15 K
Õhurõhk P = 100 300 Pa
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs

Õhu (CO2) maht kolvis normaaltingimustel

Õhu tihedus normaaltingimustel.Õhu mass kolvis
ρ0 == 1,29 g/dm3 mõhk = ρ0 ∙ V0
mõhk = 1,29 ∙ 0,293 = 0,378 g

Kolvi ning korgi mass
m3 = m1 - mõhk m3 = 147,19 – 0,378 = 146,812 g

CO2 mass
mCO₂ = m2 – m3 mCO₂ = 147,35 – 146,812 = 0,538 g

Süsinikdioksiidi suhteline tihedus õhu suhtes ning selle kaudu süsinikdioksiidi molaarmass
MCO₂ = 29 ∙ 1,423 = 41,27 g/mol
6. Süstemaatiline viga
Suhteline viga
100% 100% = 6,2%
7. Süsinikdioksiidi molaarmass
a) Moolide arvu kaudu : ( V0CO2 → nCO2 → MCO2 )
mõhk = 0,378 g/mol
→ M = M =
b) Kasutades Claperyoni võrrandit :
PV =T 100,3 ∙ 0,320 =
R = 8,314 J/mol∙K
M =
Kokkuvõte
Katse eesmärk oli süsinikdioksiidi molaarmassi mõõtmine ning tulemuste võrdlemine tegeliku molaarmassiga. Erinevatel viisidel sain sama molaarmassi, kuigi ümardamisest tekkisid siiski mõningased erinevused peale koma . Veaprotsent 6,2 või olla tingitud valesti mõõtmisest ning vähesel määral ka ümardamisest.
Eksperimentaalne töö 2
Ülesanne: Metalli massi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi
Eesmärk: Gaasiliste ainete mahu mõõtmine, gaaside segud ja gaasi osarõhk. Arvutused gaasidega reaktsioonivõrrandi põhjal.
Kasutatud seadmed:

• seade gaasi mahu mõõtmiseks
  
• väike mõõtesilinder
  
• filterpaber
  
• termomeeter
  
• baromeeter
  

Kasutatud ained:

• 10%-ne soolhappelahus
  
• 5,0...10,0 mg metallitükk (Mg)
  

Kasutatud uurimismeetodid
Alustuseks tuli katseseadeldis tööks valmis panna ehk kontrollida, et büretid oleksid samal tasemel (st seadeldis pidi olema hermeetiline). Seejärel ühedati katseklaas korgiga. Tuli kontrollida, kas ühe büretiharu teisest kõrgemae tõstmine mõjutab nivood. Kui ei, võis katset alustada. Metalltükk tuli keerata niiske filterpaberi sissse. Mõõta mõõtesilindriga 5...6 ml 10%-st soolhappelahust ja valada see läbi lehtri katseklaasi, nii et katseklaasi ülaosa happega kokku ei puutuks. Asetada metallitükk katseklaasi seinale ning seejärel kukutada metallitükk happesse. Reaktsiooni lõppedes tuli bürettide näit uuesti fikseerida. Fikseerida ka õhurõhk ning õhutemperatuur laboris.
Katsetulemused:
Vee nivoo büretil enne reaktsiooni V1 = 16,5 cm3
Vee nivoo pärast reaktsiooni V2= 25 cm3
Eraldunud süsiniku maht V = | V2 - V1 | = 8,5 cm3 = 0,0085 dm3
Gaasi rõhk büretis Püld = 100 300 Pa
Temperatuur t0 = 295,15 0C
Veeauru osarõhk temperatuuril t0 pH₂0 = 2639,8 Pa
760 mmHg = 101325 Pa
19,8 mmHg = pH₂O (Pa)
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs

Eraldunud vesiniku maht normaaltingimustes
V0 = V0 =dm3

Metallitüki mass eraldunud vesiniku mahu järgi
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 M(Mg) = 24,3 g/mol
m= = 8,2 mg

Suhteline viga
100% = 1,6%
Kokkuvõte
Katse eesmärgiks oli leida magneesiumi mass lähtudes katses eraldunud vesiniku mahust. Tegin katset kaks korda. Veaprotsendiks tuli 1,6, mis on hea tulemus. Alguses oli see number suurem, aga peale korrektuuride tegemist oma arvutustes ning ümmardamises kahanes ka veaprotsent.