Aggregationstillstånd och fasövergångar Örebro universitet basår PDF

Preview

Summary

krljeirjirj34iojtio34jtoi34tjoi3jo34itj 43t i43t i4 itj i4h3ot 3o4tj oi4 joi3t toi3 3iojoi34j 34t 43 nkn34 n3io4o3i4 jo4 jio4tj 4oi2 j34oi...

Description

Aggregationstillstånd och fasövergångar

Inledning Vi ska genomföra en labb där vi ska undersöka dem tre olika aggregationstillstånden, vilket är fast form, flytande form samt gasform. Under laborationen ska vi undersöka hur skillnader i temperaturen under de olika aggregationsformerna påverkas, när det övergår från smältnings punkt till stelningspunkt.

Bakgrund När ett ämne går från en form till en annan kallas övergången för aggregationstillstånd. De aggregationsformer som finns är fast, flytande, gas och plasma. När ett ämne befinner sig i fast form så sitter partiklarna tätt ihop och varje partikel har en bestämd plats. Partiklarna rör sig ständigt (vibrerar) men behåller sina platser. När den fasta formen övergår till flytande kallas det för smältning. I flytande form rör sig partiklarna mer än vad det gör i fast form. Det som skiljer sig från dessa olika tillstånd är att i flytande form är dess värmerörelse stor och detta gör att partiklarna inte längre har sina fasta platser. När det flytande ämnet har uppnått en viss temperatur övergår den till gasform. Denna övergång kallas för förångning. I gasform är partiklarna fria från varandra, förutom när de krockar. De rör sig även mycket snabbare, detta beror även här på att värmerörelsen är större. Ett ämne kan även gå direkt från gasform till fast form eller tvärtom. Detta fenomen heter sublimering. Den sista fasen som ett ämne kan gå till är plasma. Detta sker när ett ämne som befinner sig i gasfas blir tillräckligt varm. Då separeras elektronerna från dess atomkärna och ett plasma bildas. Detta fenomen är väldigt ovanligt och sker sällan.

Frågeställning Vi ska undersöka stelningsprocessen när ett ämne, i detta fall stearinsyra övergår från flytande till fast form.Vi ska även undersöka hur lång tid det tar tills temperaturen sjunker från 85°C till 40°C. ● Hur snabbt sjunker temperaturen under stearinsyrans stelningsprocess?

Hypotes Innan vi genomförde laborationen var vår hypotes att stearinsyran skulle stelna successivt och sedan övergå till en snabbare process. Vår tanke var att partiklarna blir påverkade av varandra genom att det yttre partiet av stearinet långsamt stelnar och när det har skett, skulle resterande stearin stelna snabbt när det kom i kontakt med det som redan stelnat. Vår hypotes kurva såg ut som figuren nedan:

Material De material som vi använde oss av för att kunna genomföra vår laboration var följande: ● ● ● ● ● ● ● ●

Stearinsyra Sked Provrör Bägare 250 ml Kokplatta Stativ med muff och klämmare Termometer Tidtagarur

Metod Vi började med att fylla upp bägaren med vatten och placera den på kokplattan. Sedan fyllde vi provröret med 2 cm av stearinsyran. Efter det fäste vi röret i ett stativ och sänkte ned provröret med stearinsyran i vattenbadet. När stearinsyran hade smält monterade vi fast termometern med hjälp av en muff på stativet, sedan förde vi ner termometern i provrörets mitt. Det var viktigt att inte termometern stötte emot kanterna på provröret då resultatet skulle bli missvisande. När termometern nådde en temperatur på 85°C lyfte vi bort stativet med provrör och termometer från vattenbadet. Efter det tog vi tid var tjugonde sekund och antecknade ner temperatursänkningen tills den hade nått en temperatur på 40°C.

Resultat

Resultatet av vår undersökning visar att det tog 24 minuter och 20 sekunder för stearinsyran att gå från 85°C till 40°C. Det första 6 minuterna sjönk temperaturen stadigt fram till 54°C grader, då den stannade upp och förblev den temperaturen under ca en minut. Därefter var det ytterligare ett uppehåll vid temperaturen 53°C grader under 3 minuter. När termometern passerade 50°C grader började temperaturen sjunka i allt snabbare takt.

Slutsats När stearinsyran övergick från flytande form till fast form förändrades partiklarnas position i ämnet. När stearinsyran var flytande var dess partiklar rörliga och inte lika nära varandra. När temperaturen sänks förlorar molekylerna sin rörelseenergi och rör sig långsammare, sedan återskapas bindningarna mellan partiklarna. Under stelningsprocessen försvinner inte energin utan den omvandlas till värmeenergi och när detta sker avges värme till omgivningen. Därför var stelningsprocessen långsammare vid ca 54°C - 50°C grader. Efter 50°C minskades värmeenergin vilket ledde till att stelningsprocessen ökade i takt, vilket innebär att bindningar mellan partiklarna kunde binda dem samman och återgå till fast form.

Diskussion/felkällor Med hjälp av resultatet kom vi fram till att början av stelningsprocessen sjunker den hastigt och i processens mitt stannade den av under en längre period. Därefter började stearinsyran återigen sjunka fast med en mer stadig takt. När vi jämför vår hypotes med resultatet kan vi se att vår tanke kring hypotesen ej stämmer överens med hur det verkliga resultatet blev. Detta beror på att vi utgick från en liten mängd av stearinsyra i form av ett stearinljus. Dessa brukar stelna relativt fort när de kommer i kontakt med exempelvis fingret. Vår tanke var att det skulle vara en liknande effekt i detta experiment, men resultatet visade motsatsen av vår hypotes. Det vi skulle kunna gjort för att få ett mer pålitligt resultat, är att vi skulle kunnat använda en större mängd stearinsyra, då hade vi fått en tydligare stelningsprocess. I vårt resultat valde vi att avrunda våra temperaturmätning till heltal då det svårt mäta med decimaler, detta gör att vårt resultat inte är lika pålitligt. Vi har även haft i åtanke att stearinsyran skulle stelna snabbare om temperaturen i rummet var lägre, dock skulle kurvan vara densamma men troligen skulle tiden vara kortare tills temperaturen nådde en temperatur på 40°C.

Säkerhetsbedömning Ämnet stearinsyra som användes under laborationen kan ge hudirritation vid kontakt med hud. Vår riskbedömning gällande detta är att inte använda oss av plasthandskar då vi under laborationen använde oss utav en värmeplatta. Detta är en större fara då plasthandskar kan smälta fast i huden, om den kommer i kontakt med värmeplattan. Vår bedömning är därmed att ej använda oss av handskar i denna labb. Vi använde även skyddsglasögon för att minimera risken att få in något i ögat.

Sublimering av jod Inledning Vi ska genomföra en labb där vi ska undersöka sublimering av en jod, vilket innebär att när ett ämne övergår från fast form till gasform eller tvärtom. Jod är ett grundämne där vi ser tydligt sublimeringen i form av en övergång till violetta jod ångor utan att ämnet passerar flytande form.

Material ● ● ● ●

Jodkristaller Sked eller pincett E-kolv, 100 ml Kokplatta

Resultat/slutsats

Vid uppvärmningen av kristaller bildas en stark violettfärgad ånga. När ångan började svalna deponerades jodkristaller i en glittrande blåsvart färg och övergick sedan till fast form. Vid 60°C är jod i ett fast form och för att kunna genomföra en sublimering av jod behöver temperaturen överstiga 60°C. Hela sublimeringprocessen gick väldigt snabbt. Det var häpnadsväckande att se hur snabbt ett ämne kan övergå från fast form till gas from utan att gå igenom den flytande fasen.

Säkerhetsbedömning Under laborationen med ämnet jod fick vi ej genomföra labben själva utan observerade endast. Detta på grund av att jod ångorna är skadliga att andas in och kan orsaka förödande konsekvenser. Jod kan även vara skadligt vid hudkontakt.

M (H20) = 18,016 g/mol M (CUS04 * 5 H20) = 249,68 g/mol Reaktionsformel CUSO4 * X H20 massa CUSO4 (g)

Massa H20 (g)

Substansmängd CUSO4 H20 (mol)

substansmängd H20 (mol)

X-värde

försök 1

0,28

0,08

0,001121

0,004444

3,962825

försök 2

0,279

0,79

0,001117

0,004385

3,92417

försök 3

0,28

0,1

0,001121

0,005551

4,949569

försök 4

0,28

0,1

0,001121

0,005551

4,949569

Medelvärde

4,446534

Standardavikelse

0,50322...