Aquest experiment està dissenyat per explorar els principis de física i química mitjançant la determinació de la massa i el càlcul de la densitat d'un gas desconegut, utilitzant el propà com a subjecte. El procés implica una sèrie de passos que inclouen la preparació d'una xeringa, la creació d'un buit, el pesatge, la introducció del gas i els càlculs finals per obtenir la massa i la densitat del gas. Aquest enfocament metòdic no només s'aplica al coneixement teòric, sinó que també perfecciona habilitats pràctiques en el maneig i l'anàlisi de gasos.
Objectius educatius
- Comprensió de les propietats i la manipulació dels gasos: Aprèn les tècniques de manipulació de gasos, centrant-te en la mesura del volum i la massa per explorar les propietats físiques.
- Aplicació de principis teòrics: Apliqueu directament els principis de la física i la química per determinar la massa i la densitat d'un gas, destacant la rellevància pràctica d'aquestes matèries.
- Precisió en la mesura: És crucial posar èmfasi en la importància de la precisió en les mesures científiques, fomentant la minuciositat en els procediments experimentals.
- Habilitats en la identificació de gasos: Mitjançant la determinació de la densitat, obtindre coneixements sobre mètodes per a la identificació de gasos, mostrant com les propietats físiques es poden aprofitar per a aquest propòsit.
Aquesta experiència té com a objectiu proporcionar una comprensió completa de com determinar les propietats físiques d'un gas desconegut, concretament el propà, a través de l'aplicació pràctica. En participar en aquest experiment, els participants navegaran pel procés de preparació de la xeringa, mesurament del buit, pesatge i càlcul de la densitat, cosa que il·lustra la relació crítica entre massa, volum i densitat. Aquest enfocament pràctic no només solidifica els conceptes teòrics d'una manera tangible, sinó que també fomenta una apreciació més profunda de les complexitats de l'exploració científica. Mitjançant el domini de les tècniques de manipulació i anàlisi de gasos, els participants milloren els seus coneixements i habilitats en els àmbits de la química i la física, equipats amb la comprensió necessària per a la investigació científica avançada.
Part A: Determinació de la densitat
L'objectiu és calcular la densitat de la parafina primer mesurant la seva massa i després determinant el seu volum mitjançant el desplaçament d'aigua. Aquest procés no només il·lustra el concepte de densitat, sinó que també demostra el principi d'Arquimedes en acció.
Part B: Mesura del punt de fusió
Aquest segment se centra en la identificació del punt de fusió de la parafina mitjançant la preparació d'una mostra, el seu escalfament fins a la transició a estat líquid i el seguiment de la temperatura a la qual es produeix aquest canvi. Aquest exercici ofereix una comprensió pràctica de com es determina el punt de fusió d'una substància i la seva importància. Aquesta experiència en dues parts ofereix una exploració completa de les propietats físiques de la parafina, proporcionant una comprensió pràctica de la densitat i el punt de fusió. A través d'aquests experiments, els participants no només assimilen conceptes teòrics de manera tangible, sinó que també perfeccionen les seves habilitats tècniques, des de la mesura precisa fins a l'anàlisi crítica dels resultats. Aquest enfocament fomenta una apreciació més profunda de les nuances de les propietats dels materials i les seves implicacions en la investigació i aplicació científica.
Protocol
En aquest laboratori utilitzaràs la xeringa. El procediment és el següent:
- Utilitzant els controladors: Agafa la xeringa amb qualsevol dels controladors. Per seleccionar la direcció en què vols moure el pistó, prem els botons X – Y (controlador esquerre) o A – B (controlador dret) per canviar entre les accions d'empenyer i estirar. Després, simplement fes clic al botó del disparador per moure el pistó en la direcció escollida (consulta el tutorial en vídeo si cal).
- Mode d'una sola mà: Agafa la xeringa. Per seleccionar la direcció en què vols moure el pistó, prem el botó Enrere per canviar entre les accions d'empenyere i estirar. Aleshores, simplement fes clic al botó del touchpad per moure el pistó en la direcció escollida.
- Amb les teves mans: Subjecta la xeringa amb una mà i, amb l'altra mà, prem la fletxa que apunta en la direcció que vols moure el pistó. Mantenint la mà tancada sobre la xeringa, només necessitaràs obrir i pessigar el dit índex i el polze per moure el pistó en la direcció triada (consulta el tutorial en vídeo si és necessari).
- Assegureu-vos que el pistó de la xeringa estigui completament empenyat per buidar tota l'aire de la xeringa.
- Connecteu el connector unit al recipient a l'extrem de la xeringa.
- Tanca la connexió entre la xeringa i el connector amb la pinça de fusta.
- Estira l'èmbol completament per crear un buit a la xeringa, fins a arribar a un volum de 100 ml.
- Bloqueja el pistó amb el clau.
- Llegeix la mesura del volum.
- Pese el conjunt sencer de xeringa, connector, clau i llimes.
- Traieu el clau, el cargol de fusta i el connector de plàstic.
- Empenyeu l'èmbol de la xeringa per tornar a volum zero.
- Instal·la el connector adjunt al recipient a l'extrem de la xeringa.
- Obriu la vàlvula del cilindre de gas desconegut (tocar amb la punta del dit).
- Aspireu un volum de gas desconegut equivalent al mesurat en el pas 4 (100 ml) i tanqueu la connexió amb la pinça de fusta el més a prop possible de l'extrem de la xeringa.
- Introduïu el clau al forat del pistó.
- Pesa el conjunt sencer, xeringa, connector, pinça, clau.
Resultats previstos
- La xeringa de 100 ml pesa 45 g.
- El clau pesa 0,5 g.
- La pinça pesa 0,45 g.
- El connector pesa 0,5 g.
- Al pas 6, el pes total és 45g + 0,5g + 0,45g + 0,5g = 46,45g.
- El gas desconegut és CO2. La seva densitat és de 0,00183 g/mL
- Un volum de 100 mL de CO2, a pressió atmosfèrica i temperatura ambient, pesa aproximadament 0,18 g. Aquest pes es pot sumar així al pes total de l'assemblatge de la xeringa.
- El pes total és de 46,45 g + 0,18 g = 46,63 g.
Significança de l'experiment:
Precisió en la mesura: Aquest experiment emfatitza la importància de la precisió en les mesures, ja que fins i tot pesos petits com el d'un clau o un connector es tenen en compte en el càlcul de la massa total.
Comprendre les propietats dels gasos: En calcular la massa d'un volum conegut de propà, l'experiment destaca com les propietats dels gasos, com la densitat, són crucials per identificar i comprendre els gasos en diversos contextos.
Aplicació de conceptes: L'experiment aplica principis bàsics de física i química, com la massa, el volum i la densitat, demostrant la seva interacció en esc.
Resum de tasques per rang de qualificació
Cursos 3-5 (Edats 8-10)
- Enfocament: Introducció bàsica a les propietats dels gasos i observacions senzilles.
- ActivitatsObservació del comportament dels gasos, demostracions senzilles de mesuraments, instruccions bàsiques de seguretat.
Cursos 6è-8è (Edats 11-13 anys)
- Enfocament: Comprensió i aplicació intermèdia de les propietats i tècniques de manipulació dels gasos.
- ActivitatsMesurar el volum i la massa del gas, crear un buit, calcular la densitat, registrar observacions, seguir protocols de seguretat detallats.
Cursos 9-12 (Edats 14-18)
- Enfocament: Domini avançat de les propietats dels gasos i mesures precises.
- Activitats: Mesurament detallat de volum i massa de gas, creació de buit, càlculs avançats de densitat, enregistrament i anàlisi detallats, complint amb protocols de seguretat avançats.
Equipament de laboratori
Instruments
- Balança electrònica
- Dipòsit de gas propà
- Ungla
- Xeringa
- Mordassa de fusta
Productes
- Gas desconegut