Determinazione della massa molecolare
di un gas in base alla velocità di diffusione
Materiali occorrenti:
Tubo in vetro Ø 10 mm. lungh. 50 cm. ca. - Acido cloridrico sol. 37 % -
Idrossido di ammonio sol. 25 % - Cotone - Tappi in gomma - Riga millimetrata -
Cronometro.
Richiami teorici:
Intorno al 1850 Thomas Graham enunciò la seguente legge " Le
velocità di diffusione di due gas, ad identiche condizioni di temperatura e
pressione, sono inversamente proporzionali alle radici quadrate delle loro
densità ":
ove
v1 = velocità gas n.1, v2 = velocità gas n.2
r1 = densità gas n.1 , r 2 = densità gas n.2
Dalla legge di Avogadro si deduce, poi, che le densità dei gas sono in
rapporti identici a quelli delle masse molecolari relative ( m.m.r. ), per cui si ha:
(1)
Poichè v = d / t ( d = distanza, t = tempo ), conoscendo le
distanze percorse dai gas ed il tempo impiegato si può facilmente ricavare detta velocità di diffusione.
Conoscendo, poi, la m.m.r. di uno dei gas impiegati si può ricavare la m.m.r. del secondo.
Nel caso in esperimento si vuole determinare la m.m.r. dell'ammoniaca,
data come incognita, misurando la sua velocità di diffusione e ponendola in
rapporto con quella dell'acido cloridrico data per nota ( m.m.r.HCl = 36.46 ).
Esecuzione dell'esperienza:
Si monta in orrizzontale, su idoneo supporto, il tubo di vetro, aperto alle
due estremità; si imbevono completamente due batuffoli di ovatta di cotone, uno
con acido cloridrico sol. 37 %, l'altro con idrossido di ammonio sol. 25 % .
Con l'aiuto di due pinzette si inseriscono contemporaneamente i batuffoli uno
per estremità, tappando velocemente; allo stesso tempo un'altra persona fa
partire il cronometro.
I gas dalle soluzioni diffondono verso il centro del tubo e quando giungono a
contatto reagiscono formando un anello biancastro, ben visibile sulla parete, di cloruro di ammonio, secondo la reazione:
NH4OH
+ HCl -----> NH4Cl + H2O .
A questo punto si ferma il cronometro, si annota il tempo in secondi trascorso e
si misurano le distanze in centimetri tra l'anello e le due estremità del
tubo.
Siano, ad esempio, trascorsi 180 secondi per la formazione
dell'anello, la distanza percorsa dall'acido cloridrico sia di 19.1 cm e quella percorsa dall'ammoniaca sia di 27.5 cm.
Ricaviamo le velocità ( v = d / t ): vHCl = 0.106 cm/s vNH3 = 0.155 cm/s .
Applichiamo la (1): 0.106 : 0.155 = x : 36.46 ovvero, estraendo le radici
:
0.106 : 0.155 = x : 6.03
x = 4.123, da cui : x2 = 16.99 m.m.r. di NH3
Nei limiti dell'errore sperimentale il valore rilevato può considerarsi
corretto, la m.m.r. dell'ammoniaca è infatti = 17.03.
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