Informazioni su questo esperimento
Inserisci un batuffolo di cotone imbevuto di soluzione di ammoniaca a un’estremità di un lungo tubo di vetro e uno imbevuto di acido cloridrico concentrato all’altra. Nessuno soffia i gas lungo il tubo, eppure dopo pochi minuti all’interno compare un anello bianco di cloruro di ammonio. L’anello non si trova al centro: si forma più vicino all’estremità con il cloruro di idrogeno, perché le molecole di ammoniaca, più leggere, si muovono più velocemente e diffondono più lontano nello stesso tempo. Esegui l’esperimento, cambia i gas e il tubo e confronta la posizione dell’anello con la previsione della legge di Graham.
Obiettivi di apprendimento
- Descrivi la diffusione come la propagazione netta delle particelle dalle zone ad alta concentrazione a quelle a bassa concentrazione.
- Spiega perché l’anello si forma più vicino all’estremità con il cloruro di idrogeno.
- Metti in relazione la velocità delle particelle di gas con la loro massa molare.
- Usa la legge di Graham per prevedere dove si incontrano due gas.
- Spiega perché la diffusione su lunghe distanze è lenta, anche se le molecole di gas si muovono molto velocemente.
Come si usa
- 1Avvia l’esperimento predefinito. Dove compare l’anello? Misura la sua distanza da ciascuna estremità.
- 2Confronta le due curve di concentrazione prima che si formi l’anello. Quale gas si è diffuso più lontano?
- 3Sostituisci HCl con HBr. L’anello si sposta verso l’estremità dell’acido o se ne allontana? Perché?
- 4Sostituisci NH₃ con metilammina. Come cambia la posizione dell’anello?
- 5Dimezza la lunghezza del tubo. Come cambia il tempo necessario perché compaia l’anello? Si dimezza?
- 6Confronta la posizione dell’anello con la previsione tratteggiata secondo la legge di Graham.
Il modello
Ipotesi
- Ogni gas diffonde attraverso l’aria ferma lungo il tubo. Il suo coefficiente di diffusione diminuisce con la radice quadrata della sua massa molare, partendo da 0,23 cm²/s per l’ammoniaca.
- I tappi di cotone mantengono costante la concentrazione a ciascuna estremità. I due gas non interferiscono l’uno con l’altro finché non reagiscono.
- L’anello compare nel punto in cui il prodotto delle due concentrazioni raggiunge per la prima volta una soglia fissa. Nella realtà, gli anelli possono spostarsi di alcuni centimetri a causa delle correnti d’aria e di quanto sono impregnati i tappi.
- Il tubo è a temperatura ambiente. I tempi sono reali; i pulsanti della velocità modificano solo la rapidità con cui scorre l’orologio sullo schermo.
Provalo in classe
- Q1A temperatura ambiente, le molecole di gas si muovono a centinaia di metri al secondo. Perché ci vogliono minuti perché si formi l’anello?
- Q2Spiega, usando le masse molari, perché l’anello si forma più vicino all’estremità dell’HCl.
- Q3Prevedi dove si formerebbe l’anello in un tubo di 60 cm usando NH₃ e HCl.
- Q4In che modo riscaldare il tubo cambierebbe il tempo necessario alla formazione dell’anello?
- Q5Perché questo esperimento deve essere svolto sotto una cappa aspirante?
Domande frequenti
Perché la simulazione non colloca l’anello esattamente nel punto previsto da Graham?
La legge di Graham descrive come i gas fuoriescono da un minuscolo foro. In un tubo, le molecole diffondono attraverso l’aria e la distanza percorsa aumenta con la radice quadrata del tempo. L’anello si forma nel punto in cui entrambi i gas sono abbastanza concentrati da reagire; questo punto è vicino alla stima di Graham, ma non coincide esattamente con essa.
Come posso preparare l’esperimento reale in sicurezza?
Lavora sotto una cappa aspirante, indossa occhiali e guanti di protezione e usa delle pinzette per inserire contemporaneamente un batuffolo di cotone imbevuto a ciascuna estremità di una provetta di vetro asciutta. Tappa le estremità e mantieni la provetta ferma e in posizione orizzontale.
Perché un tubo più lungo richiede molto più tempo?
La distanza di diffusione cresce con la radice quadrata del tempo. Per arrivare due volte più lontano, i gas impiegano circa quattro volte più tempo; quindi, raddoppiando la lunghezza del tubo, l’anello impiega circa quattro volte più tempo a comparire.