Bestimmung des Molvolumens und Gaskonzepte

Ziele des Experiments

• Das Molvolumen eines Gases bestimmen.
• Die Hypothese von Avogadro testen.
• Das Konzept des limitierenden Reagenz und des überschüssigen Reagenz in einer chemischen Reaktion verstehen.
• Die stöchiometrischen Mengen an benötigten Reagenzien bestimmen, um eine bestimmte Menge eines Produkts zu erzeugen.
• Die prozentuale Ausbeute einer chemischen Reaktion bestimmen.

Einleitung

Einer der wichtigsten Aspekte dieses Experiments ist, dass eines der Reaktionsprodukte ein Gas ist. Dieses Produkt wird gesammelt, um sein Molvolumen zu bestimmen. Die Avogadro-Hypothese besagt, dass zwei Gase mit gleichem Volumen (bei gleichem Druck und gleicher Temperatur) die gleiche Anzahl von Molekülen enthalten müssen. Jedes Molekül muss, abhängig von den Atomen, aus denen es besteht, die gleiche Masse haben. So kann die relative Masse eines Gases anhand des Volumens bestimmt werden, das es einnimmt. Mithilfe der Avogadro-Hypothese konnten wir die relative Molekülmasse dieser Gase bestimmen.

Logische Reihenfolge der Überlegungen

1. Die Masse von 1 Liter eines Gases ist die Masse aller Moleküle des Gases.
2. Ein Liter eines Gases enthält die gleiche Anzahl von Molekülen.
3. Daher hat ein Liter Gas die doppelte Masse eines Liters eines anderen Gases, wenn jedes Molekül des ersten Gases doppelt so viel wiegt wie das zweite Gasmolekül.
4. Im Allgemeinen können die relativen Massen der Moleküle aller Gase durch Wiegen gleicher Volumina von Gasen bestimmt werden.

Unter Normalbedingungen für Druck und Temperatur (NTP) [P = 1 atm und T = 273 K] wiegt ein Liter Wasserstoff 0,09 g und ein Liter Sauerstoff 1,43 g. Nach Avogadros Hypothese enthalten beide Gase die gleiche Anzahl von Molekülen. Das Verhältnis der Massen zwischen den beiden Gasen beträgt 1,43 / 0,09 = 15,9 (ca. 16). Die Beziehung zwischen einem Sauerstoffmolekül und einem Wasserstoffmolekül beträgt somit 16 zu 1. Relative Atommassen, die im Periodensystem aufgeführt sind, werden basierend auf einem Volumen von 22,4 Litern unter Normalbedingungen (NTP) betrachtet.

Grundlegende Konzepte zu Gasen

Was ist ein Gas?

Ein Gas ist ein Aggregatzustand der Materie, in dem Stoffe keine feste Form oder kein festes Volumen haben und den Behälter vollständig ausfüllen, in dem sie sich befinden.

Ideales Gas

Ein ideales Gas ist ein hypothetisches Gas, das aus punktförmigen Teilchen besteht, ohne Anziehung oder Abstoßung zwischen ihnen und deren Kollisionen vollkommen elastisch sind.

Gleichung des idealen Gases und Molares Volumen

Die Gleichung des idealen Gases lautet: PV = nRT.

Das molare Volumen ist das Volumen, das von einem Mol eines beliebigen Gases eingenommen wird. Das molare Volumen eines Gases unter Normalbedingungen (Druck und Temperatur) beträgt 22,4 Liter. Dies bedeutet, dass ein Mol eines Gases und ein Mol eines anderen Gases unter den gleichen Druck- und Temperaturbedingungen das gleiche Volumen einnehmen.

Avogadros Gesetz

Gleiche Volumina verschiedener Gase enthalten unter den gleichen Bedingungen von Druck und Temperatur die gleiche Anzahl von Teilchen.

Druck eines Gases

Der Druck eines Gases ist die Kraft, die von den Gasmolekülen ausgeübt wird, wenn sie miteinander und mit den Wänden eines Behälters kollidieren, geteilt durch die Fläche.

Volumen eines Gases

Das Volumen eines Gases sind die Dimensionen des Raumes, der von einem Gas eingenommen wird. In einem geschlossenen System nimmt das Gas das gesamte Volumen des Systems ein.

Variablen, die das Verhalten von Gasen beeinflussen

• Druck
• Temperatur
• Stoffmenge (Mol)
• Volumen
• Dichte