Legge dei gas ideali

Fonte: Smaa Koraym presso la Johns Hopkins University, MD, USA

1. Determinazione della Massa del Liquido SconosciutoExpand

   Secondo la legge dei gas ideali per una data pressione, temperatura e volume, il numero di moli di gas in quel volume è sempre lo stesso. In questo laboratorio, utilizzerai questa relazione per calcolare la massa molare di un liquido sconosciuto. Immergerai un tubo Dumas contenente il liquido sconosciuto in acqua bollente per vaporizzare il solvente. Dopo aver atteso alcuni minuti affinché il vapore si equilibri con l'ambiente circostante, lascerai condensare il vapore e poi misurerai la massa del liquido nel tubo. La massa molare non cambia con la fase, quindi la massa del liquido condensato è la stessa della massa del vapore.

   I liquidi sconosciuti sono volatili, tossici e possono essere infiammabili, quindi lavorerai in una cappa aspirante. Il tuo istruttore dispenserà per te l'incognita che ti è stata assegnata nel tubo Dumas. Tenere sempre il tubo Dumas puntato lontano da se stessi e dagli altri. Questa sezione del laboratorio utilizza un bruciatore Bunsen per far bollire l'acqua. Fare attenzione a tenere le maniche, i capelli e il liquido sconosciuto lontani dalla fiamma e prestare attenzione quando si lavora intorno a liquidi caldi, vetro e metallo.

   • Prima di iniziare il laboratorio, indossa un camice da laboratorio, occhiali di sicurezza e due paia di guanti in nitrile. nota: L'acetone e i liquidi sconosciuti permeano rapidamente i guanti in nitrile, quindi procurati dei nuovi guanti se tocchi uno di questi liquidi. Lascia asciugare i vecchi guanti nel cappuccio prima di buttarli via.
   • Collega un'estremità di un pezzo di tubo di lattice all'ingresso spinato di un bruciatore Bunsen. Collega l'altra estremità del tubo al getto di gas nella cappa. Verificare che il collare alla base del bruciatore Bunsen sia chiuso.
   • Con il bruciatore Bunsen sulla base del supporto da laboratorio, monta un anello sul supporto da laboratorio sopra il bruciatore Bunsen e regola gli anelli in modo che sia centrato 2 pollici sopra la fiamma. Stringere il morsetto per fissare l'anello in posizione. Posiziona un quadrato di garza metallica sull'anello per creare una piattaforma.
   • Allora, fissa una fiaschetta di Erlenmeyer da 500 ml sulla piattaforma con una pinza a 3 punte. Fissare un termometro clamp sopra il tre poli clamp e ruotarlo lontano dal pallone.
   • Una volta che i morsetti sono in posizione, rimuovi la fiaschetta di Erlenmeyer. Mettere diverse patatine bollenti nel pallone e riempirlo fino a 500 ml con acqua deionizzata.
   • Riempi un becher da 400 ml con acqua deionizzata. Clamp il pallone pieno in posizione sulla piattaforma metallica.
   • Procurati diversi tovaglioli di carta. Strappa un tovagliolo di carta in strisce larghe circa quanto la lunghezza del collo allungato del tubo Dumas. nota: Sposta i tovaglioli di carta prima di accendere il bruciatore Bunsen.
   • Assicurati che il tuo percussore di fuoco sia a portata di mano. Quindi, aprire il getto del gas, tenere l'estremità di battuta vicino alla parte superiore del bruciatore Bunsen e premere rapidamente la maniglia mobile per innescare una scintilla che accenderà il gas.
   • Una volta accesa la fiamma, gira il collare alla base del barile per aumentare il flusso d'aria, il che renderà la fiamma più calda. Ruotare la valvola del gas per aumentare l'altezza della fiamma a circa 4 – 6 pollici. nota: Uno studente deve rimanere sul posto di lavoro mentre il bruciatore Bunsen è in uso.
   • Posiziona la provetta Dumas in un becher pulito da 100 ml e portala su una bilancia analitica.
   • Tara il becher di plastica da 250 ml. Utilizzare una salvietta da laboratorio per rimuovere tracce di polvere e oli da tutta la superficie del tubo.
   • Conserva la provetta pulita in una salvietta da laboratorio fresca e trasferiscila con cura nel becher di plastica. Registra la massa del tubo Dumas vuoto nel tuo quaderno di laboratorio.

     Tabella 1: Massa molare di un liquido sconosciuto

     Prova	TuboDumas di Massa + Sconosciuto	TuboDumas vuoto di massa	Massasconosciuta
     1
     2
     3
     4
     Massa mediasconosciuta
     deviazione standard

     Pressione (hPa)
     Temperatura (ºC)
     Temperatura (K)
     Tubo di massariempito d'acqua (g)
     Massad'acqua (g)
     Densitàacqua (g/cm3)	1
     Volumegas (cm3)
     Molegas (n)
     Massa molaresconosciuta (g/mol)
     Errore percentuale (%)
     R teorico (hPa·cm3/mol·K)	8.314 × 104
     R calcolato (hPa·cm3/mol·K)
     Differenza tra R teorico e calcolato

     Clicca qui per scaricare la Tabella 1
   • Usa una salvietta da laboratorio per trasferire nuovamente la provetta nel tuo becher da 100 ml.
   • Quando il tuo istruttore ti chiama, porta il tubo Dumas nel becher fino al cappuccio di erogazione designato dove il tuo istruttore aggiungerà un piccolo volume dell'ignoto al tubo.
   • Avvolgi il collo del tubo Dumas con tovaglioli di carta per aiutare a mantenere una temperatura costante.
   • Una volta che l'acqua nella fiaschetta di Erlenmeyer bolle, fissa il tubo Dumas nel morsetto del termometro. Ruotare con cautela il morsetto in modo che il tubo sia allineato con il collo del pallone di Erlenmeyer e abbassare lentamente il morsetto fino a quando il corpo del tubo Dumas non è completamente immerso nell'acqua bollente. nota: Non toccare il pallone.
   • Una volta che il tubo Dumas è in posizione, fissa il morsetto del termometro in posizione e annota l'ora.
   • Ora, attendi che il tuo liquido sconosciuto vaporizzi, il che dovrebbe richiedere 3 – 5 minuti. nota: Rabboccare l'acqua nel pallone ogni volta che il livello dell'acqua scende.
   • Una volta che non riesci a vedere alcun liquido nel tubo, annota il tempo e attendi altri 3 minuti per lasciare che la temperatura e la pressione del vapore si equilibrino con l'ambiente circostante.
   • Solleva il morsetto del termometro per sollevare il tubo Dumas dall'acqua bollente. Ruotare il morsetto lontano dal pallone in modo che il tubo possa raffreddarsi all'aria ambiente.
   • Dopo 2 – 3 minuti, asciuga accuratamente l'esterno del tubo con carta assorbente. nota: Le gocce d'acqua potrebbero essere ancora calde.
   • Attendi che il tubo si raffreddi a temperatura ambiente in modo che il vapore si condensi completamente. Una volta raffreddata, rimuovere la provetta dalla pinza e asciugare eventuali tracce d'acqua rimanenti sulla provetta prima di inserirla nel becher da 100 ml. nota: L'acqua residua aggiungerà massa.
   • Portare il becher a una bilancia e pulire l'esterno del tubo con una salvietta da laboratorio. Misura la massa. Registralo nel tuo quaderno di laboratorio come massa post-processo.
   • Esegui altre tre prove allo stesso modo. Per trovare la massa dell'ignoto rimanente dopo ogni prova, sottrai la massa del tubo di Dumas vuoto da ogni massa post-prova.
   • Quando finisci il 4° tentativo, spegni il gas per spegnere il bruciatore Bunsen. Attendere 5 minuti prima di smontare l'anello, la garza e il bruciatore Bunsen dal supporto ad anello.
2. Determinare il Volume del Tubo DumasExpand
   • Riempi un becher da 400 ml con acqua deionizzata e procurati alcuni tovaglioli di carta.
   • Misura la temperatura dell'acqua e registra la temperatura nel tuo quaderno di laboratorio.
   • Al cappuccio dell'istruttore, riempi una siringa da 20 ml con acqua dal becher e collega un ago alla siringa.
   • Inserisci con cautela l'ago nel tubo Dumas e spingi l'acqua nel tubo. nota: Evitare la formazione di bolle d'aria in quanto tutta l'aria deve essere eliminata dal tubo.
   • Una volta che la siringa è vuota, rimuovi l'ago, riempi la siringa con acqua, ricollega la siringa e aggiungi l'acqua al tubo. Ripetere questo processo fino a quando il tubo Dumas non è pieno, senza bolle d'aria visibili.
   • Asciuga accuratamente l'esterno del tubo Dumas. Quindi, pesare il tubo pieno d'acqua e sottrarre la massa del tubo vuoto per trovare la massa dell'acqua.
   • Registra la pressione dell'aria nella stanza dal barometro del laboratorio.
   • Collega il braccio laterale spinato della fiaschetta Büchner alla pompa del vuoto o al vuoto domestico utilizzando un tubo di silicone.
   • Blocca il pallone filtrante in posizione verticale nella cappa. Inserire un tappo a foro singolo con un adattatore per tubi nella bocca del pallone Büchner e inserire un'estremità di un pezzo di tubo in lattice sopra l'adattatore. Montare l'altra estremità del tubo in lattice sull'estremità allungata del tubo Dumas.
   • Usa il morsetto del termometro per tenere il tubo Dumas capovolto, poi apri la linea del vuoto per scaricare rapidamente l'acqua nel pallone del filtro. Una volta che il tubo Dumas è vuoto, chiudere la linea del vuoto e aprire il pallone filtrante e il tubo Dumas per arieggiare.
   • Rimetti la provetta Dumas nel becher da 100 ml e portala con cura al tuo istruttore, che dispenserà 1 ml di acetone nella provetta.
   • Agita la provetta fino a quando tutte le goccioline d'acqua nella provetta si sono mescolate con l'acetone e l'interno della provetta appare asciutto. Restituisci il tubo asciutto al tuo istruttore. nota: Se nella provetta è ancora visibile del liquido, tenerla capovolta sopra un becher vuoto fino a quando l'acetone evapora o gocciola dalla provetta.
   • Smonta l'apparato di aspirazione sottovuoto e smaltisci i rifiuti organici e contaminati da organoalogenuri nell'apposito contenitore. Versa l'acqua deionizzata avanzata nello scarico e lava la vetreria secondo le procedure standard del tuo laboratorio.
3. RisultatiEspandi
   • Determina la massa molare del tuo composto sconosciuto. Inizia determinando le moli di vapore usando la legge dei gas ideali. Nota: Quando il vapore nel tubo è in equilibrio con l'ambiente circostante, ha la stessa pressione della stanza e la stessa temperatura dell'acqua bollente.
   • Per il volume, determina la massa d'acqua che ha riempito il tubo di Dumas. nota: La densità dell'acqua è di circa 1 g/cm³.
   • Seleziona il valore della costante di gas ideale con le unità più vicine a quelle che hai usato e converti eventuali unità non corrispondenti, come la temperatura.
   • Risolvi per ottenere il numero di moli di gas in quelle condizioni.
   • Trova la massa media dell'ignoto dalle quattro prove.
   • Calcola la deviazione standard per vedere quanto sono stati coerenti i tuoi risultati. Dividi la massa media per il numero calcolato di moli per trovare la massa molare approssimativa del tuo sconosciuto.
   • Confronta quel valore con le masse molari dei tre candidati per il tuo sconosciuto: tricloroetilene, 1,2-dicloroetano e 2-bromopropano.
   • Identifica il candidato con la massa molare più vicina e calcola l'errore percentuale. nota: I gas tendono a imitare il comportamento ideale alla pressione atmosferica, quindi dovresti essere entro il 10% del valore della letteratura.
   • Ora che conosci la massa molare effettiva del tuo composto, ricalcola il numero di moli dalla tua massa media. Utilizzando la stessa pressione, volume e temperatura di prima, risolvere la costante del gas. La differenza tra la costante calcolata e la costante universale rappresenta la deviazione dal comportamento ideale del gas.