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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 ): v_HCl = 0.106 cm/s v_NH3 = 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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