Diffusjonsfart

 

     Utstyr:

 

• Glassrør 60-70 cm langt, 7-10 mm diameter
• 2 gummikorker
• Bomull
• Et par nåler
• Linjal
• Tusjpenn
• Stativ m/klemme og muffe eller byretteklemme

 

     Kjemikalier:

 

• Konsentrert ammoniakk (NH3)
• Konsentrert saltsyre (HCl)

Tegning og apparatoppstilling

           

<bilde>	<bilde>
Bomull, nåler og gummikorker	Stativ med klemme
<bilde>	<bilde>
Linjal og Tusjpenn	Reagensrør

 

Hensikt / Teori

Hensikt:

I denne øvelsen skal vi finne ut om diffusjonsfarten til en gass er proporsjonal med molekylmassen.

 

Teori:

Molekylene i en gass har forskjellig fart, og derfor bruker vi ord som middelfart og middelenergi om gasser. Fra kinetisk gassteori vet vi at to gasser har samme middelenergi når temeraturen er den samme, noe vi kan formulere slik:

            (Ek)1 = (Ek)2

Fra fysikken vet vi at forholdet mellom masse, fart og energi er

            Ek = (mv2)/2

der m er masse og v er fart. For ordens skyld kaller jeg NH3 for ”F” og HCl for ”G”.

 

Vi får da at:    (mF • vF2)/2 = (mG•vG2)/2       som gir:          mG / mF = vF2 / vG2.

Dette blir:       vF / vG = v(mG / mF)   som er Grahams Lov.

I dette tilfellet får vi:             v(NH3) / v(HCL) = v( m(HCl) / m(NH3) )

 

 

Fremgangsmåte / Observasjoner / Forklaringer

Observasjoner

fig. 1

 

fig. 2

 

 

Fremgangsmåte

• Vi monterte det tørre røret vannrett i stativet, og delte klumpen med bomull i to deler som vi festet til hver sin kork med en nål.
• Så dryppte vi ammoniakk på den ene bomullsdotten og konsentrert syre på den andre, og førte dem samtidig inn i hver sin ende av reagensrøret slik at korkene satt fast, og at begge korkene var like langt inne (Se fig. 1). Vi passet på å holde styr på i hvilken ende bomullsdotten med ammoniakk satt.
• Så satt vi oss ned, med tusjpennen klar i hånda, og stirret oppmerksomt på reagensrøret. Da vi så at det dannet seg en liten ring av hvit røyk i glasset, merket vi av med pennen på det stedet hvor denne ringen først ble observert. Se fig.2.
• Deretter målte vi avstanden fra streken vi hadde satt til hver av bomullsdottene og skrev de ned.

 

. ............Ammoniakk - ring = 4,1 cm

Konsentrert saltsyre - ring =13,9 cm

 

Hva skjedde:

Inne i røret begynner væskene på bomullsdottene å fordampe, og gassen bredde seg utover. På grunn av rørets form, ble gassene tvunget mot hverandre og da de møttes, reagerte de med hverandre og ble en hvit ring av ammoniumklorid:

NH3(g) + HCl(g)                          NH4Cl (s)

Ammoniakk + Saltsyre                            Ammoniumklorid

 

Utregninger

Fart=Strekning÷Tid (v=s/t)

Ved hjelp av denne formelen kunne vi nå regne oss fram til forskjellen i

diffusjonsfarten mellom disse to stoffene.

 

Om vi kaller tiden det tok før gassene møttes for ”t”,

så ble farten til NH3 og HCl er gitt ved henholdsvis:

v (NH3)=a/t cm/sek og v (HCl) =b/t cm/sek.

·                    Forholdet mellom diffusjonsfarten til disse to stoffene kunne da skrives slik:

v (NH3)        a cm/t... .         a cm    ..

v (HCl)         b cm/t....          b cm   ..

 

Med andre ord er forholdet mellom deres diffusjonsfart lik forholdet

mellom strekningen gassen til stoffene bevegde seg før de møttes.

Altså skulle forholdet mellom diffusjonsfart til ammoniakk og saltsyre være:

a/b = 13,9cm/4,1cm = 3,3902439

 

Men som nevnt i innledningen så gir Grahams lov at:

m1/m2 = (v2)2/ (v1)2 som også kan skrives som v2/v1 = v(m1/m2)

 

Vi setter inn riktige tall, og ser om vi får samme forholdstall mellom diffusjonsfartene til stoffene:

v(NH3)/v(HCl) = v(36,5/17) = v(2,14705882) = 1,46528455

Samme forholdstall mellom diffusjonsfartene til stoffene får vi altså ikke, da

1,46528455 ? 3,3902439

 

 

Oppsummering og Konklusjon

I følge våre målinger, så stemte det ikke at molekylmassen til en gass er proposjonal med diffusjonsfarten. Men vi anntar at den egentlig stemmer og at noe gikk feil i vårt forsøk.

 

 

Feilkilder

Som jeg sa i oppsummeringen, så antar vi at vi har målt feil.

Ved å regne ut ved bruk av likning med to ukjente der:

sNH3 = x

sHCl = y

 

x + y = 13,9cm + 4,1cm = 18cm

x / y = 1,46528455

 

så får vi avstandene fra ringen og ut til hver av de to stoffene slik de skulle ha vært om vi hadde gjennomført forsøket perfekt:

 

x = sNH3 = 10,6986116 cm ˜ 10,7 cm

y = sHCl = 7,30138839 cm ˜ 7,3 cm   

 

Ved så å trekke vår målte x-verdi fra den x-verdien vi burde ha funnet, ser vi at vi bommet med ca 3,2 cm.

Mulige årsaker til dette kan være:

• Den ene bomullsdotten fikk for lite væske på seg, og derfor tok det lenger tid før betydelige mengder av begge gasser møttes og reagerte slik at det dannet en synlig ring.
• Glassrøret hellte litt mot den siden hvor HCl-dotten stod, og derfor fikk HCl gassen litt mer oppoverbakke enn NH3 gassen.
• Unøyaktig måling er alltid noe som kan forekomme.
• Om NH3 væsken av forskjellige grunner hadde fått litt høyere temperatur da den ble satt inn, så kan dette ha påvirket dens diffusjonsfart.
• Vi kan til tross for vår oppmerksomhet ha oppdaget ringen for sent slik at den flyttet seg lenger mot bomullsdotten med HCl før vi merket av stedet.

 

Fare- sikkerhet

Siden vi ikke brukte gassbrenner i dette forsøket, fikk vi færre faremomenter å passe på. Men det var fortsatt faremomenter til stede som at noe skulle velte noe, at stativet skulle treffe vårt eller andres hoder, at reagensrøre skulle knuse, eller at vi skulle få noen av stoffene i øynene.

Derfor brukte vi briller for vern av øynene, og vi passet på å fjærne så mye fra bordet som mulig før vi startet forsøket, for å få så mye orden og så lite rot som mulig, da rot kunne ha fått slike ting til å skje.