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Procédure – Loi de Charles’ : Comme décrit dans le manuel de laboratoire « Toute Autour, La Chimie Nous Entoure », Manuel de chimie générale, Dr. Rashmi Venkateswaran, 2019. Procédure – Loi de Boyle: 1. Allumer LabQuest2 et brancher votre clé USB afin de sauvegarder les données qui seront enregistrées pendant la procédure. 2. Cherchez le baromètre (l’appareil qui est utilisé pour mesurer la pression) et une seringue. 3. Branchez le baromètre dans LabQuest2 afin d’observer de façon visuelle les données de la pression en fonction du volume. 4. Jouez avec le piston de la seringue afin d’ajuster le volume en pesant et tirant sur le piston. 5. Une fois que le volume initial désiré est choisi, sécurisez la seringue dans le baromètre. 6. Notez la pression initiale. 7. Diminuez le volume de la seringue en manipulant le piston. Observez et notez le changement de pression. 8. Augmentez le volume de la seringue en manipulant le piston. Observez et notez le changement de pression. Discussion: Loi de Charles’ Le bécher fut chauffé dans de l’eau bouillante afin d’augmenter le volume les molécules de gaz qui se retrouvent en dedans. Ensuite il était immergé dans le bain de glace pendant 5-6 minutes. Une fois submerger, le trou fut débloqué, mais l’orientation du bécher n’a pas permis à ce que du gaz sort. Cependant, à la fin de l'expérience, de l’eau est entrée dans le bécher. Ceci indique que les particules de gaz qui ont été présents dans le bécher se sont rapprochées d’euxmêmes afin de diminuer leur volume. C’était donc clair que les particules d’air se sont rapprochées lorsque le bécher est allé d’un milieu chaud à un milieu froid. Le volume d’air initial dans le bécher était 158 mL. Après que l'expérience fut effectuée, le volume final moyen de l’air était 116 mL. Cette différence de volume prouve que lorsque le gaz fut réchauffé, les particules ont répandu et lorsqu’il fut refroidi, ils se sont rapprochés. Avec ces mesures, et les mesures de la température, la formule de la loi de Charles, T1/V1 = T2/V2, fut prouvée. Les résultats des calculs sont très proches à ce dont la loi de Charles décrit; le pourcentage d’erreur étant 2,0%. Cependant, selon la théorie, les deux rapports entre le volume et la température devraient être exactement les mêmes. Quelques sources d’erreur auront pu affecter les résultats. Par exemple, les mesures prises avec la seringue ont été mesurées à l'œil; ce qui rend les résultats susceptibles à l'imprécision. De plus le cylindre gradué n’était que précis au vingtième de millilitre. En addition, si du gaz dans le bécher a échappé sans que les étudiants l’aperçoivent,

le montant d’eau final dans le bécher ne reflèterait pas la variation de volume d’air. Finalement, la température de l'eau pour la loi de Charles n’était pas mesurée, mais estimée à 373 K, ce qui fait en sorte que le calcul n’était pas exactement précis. Loi de Boyle Tableau 1: Le rapport entre le volume et la pression. Variable indépendante - Volume (x10-3 L) 5 10 15 20

Volume dépendant - Pression (kPa) 172,14 110,82 101,22 44,11

La seringue a été sécurisée dans le baromètre avec un volume initial de 15mL. La pression initiale notée était de 101,22 kPa. Le volume de la seringue a été ensuite diminué avec la manipulation du piston. Le changement de volume a provoqué un changement de pression. Lorsque le volume a diminué, la pression a augmenté et vice versa. Selon ces observations, le volume et la pression son inversement proportionnels. La constante de la loi de Boyle est C = 1,52 L · kPa. Avec cette valeur, il se trouva que la formule de la loi de Boyle est P1·V1 = P2·V2.

Figure 1: Variation de la pression en fonction du volume de la seringue.

La loi de Boyle exige à ce que certaines conditions restent constantes durant l'expérience. Notamment, la température et le nombre de moles. Si ces deux facteurs sont négligeables, la variation de la pression en fonction du volume est mesurable. Étant donné que le milieu de laboratoire n’est pas un environnement idéalement parfait, la variation de la température et du nombre de moles est une source d’erreur. La chaleur venant de la peau des individus qui manipulent la seringue peut provoquer une augmentation de volume dans la seringue. En addition, la seringue peut facilement se détacher si l’étudiant n’exerce pas de la caution et soit laisser entrer ou sortir des molécules d'air, affectant le résultat. C’est donc crucial de reprendre les mesures une deuxième (et parfois troisième) fois et de refaire les expériences afin d’avoir une banque de données plus précises qui peuvent mener aux résultats plus précis. Pour éviter ses erreurs, il suffit de bien comprendre l’expérience et d'avoir un bon plan de travail. Conclusion: Bref, ce laboratoire a permis aux élèves de mettre en pratique la loi de Charles’ en chauffant le gaz qui était à l’intérieure d’un bécher afin de le refroidir et observer le volume diminuer avec la variation de la température. De plus, elle a permis d’observer la pression augmentée en fonction indirecte du volume, avec la seringue et le baromètre. Pour une prochaine expérience, les étudiants peuvent trouver la relation entre la pression, le volume et la température à un nombre de moles constant.

Reférence(s): "Charles's law revisited | Journal of Chemical Education - ACS ...." https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed068p1042. Date d’accès 14 Sept. 2019. "The original presentation of Boyle's law | Journal of Applied ...." https://www.physiology.org/doi/abs/10.1152/jappl.1999.87.4.1543. Date d’accès 14 Sept. 2019. « Toute Autour, La Chimie Nous Entoure », Manuel de chimie générale, Dr. Rashmi Venkateswaran, 2019.

Annexe: Données brutes:

Calculs, Loi de Charles’

Valeur moyenne d’eau dans l’erlenmeyer (Vcw) Vcw = (Vcw1 + Vcw2) / 2 Vcw = (50 mL + 35 mL) / 2 Vcw = 42,5 mL

Donnés V1 = 158 mL T1 = 373 K T2 = 277 K

Calcul pour le volume d’air finale dans le bécher pour le premier essai (V2) V1 = 158 mL Vcw = 42,5 mL V2 = V1 - Vcw V2 = 158 mL - 42,5 mL V2 = 115,5 mL V2 = 116 mL

Vérification de la loi de Charles T1/V1 = T2/V2 (373,15 K)/(158 mL) = (277,15 K)/(115,5 mL) 2,361 7 = 2.399 6 Pourcentage d’erreur % Erreur = [(V1/T1 - V2/T2) / (V1/T1)] · 100% % Erreur = [(V1/T1 - V2/T2) / (V1/T1)] · 100% % Erreur = [(158mL/373,15K – 115,5mL/277,15K) / (158mL/373,15K)] · 100% % Erreur =2.01%

% Erreur = 2,0%

Données Supplémentaires , Loi de Boyle Tableau 2: Le rapport entre le volume et la pression Variable indépendant - Volume (x10-3 L) 5 10 15 20

Variable dépendante - Pression (kPa) 172,14 110,82 101,22 44,11

Graphiques Supplémentaires, Loi de Boyle

Figure 2: Variation de la pression (kPA) en fonction du volume (mL) de la seringue

Calculs, Loi de Boyle Constante de Boyle C = constante de Boyle

C = P1 · V1 C = (15 x 10-3 L) · (101,22 kPa) C = 1,5183 L · kPa C = 1,52 L · kPa

Équation pour loi de Boyle K = P1 · V1 K = P2 · V2 P1 · V1 = P2 · V2...