Volumul este măsurat diferit pentru fiecare stare de agregare a materiei, iar acest tutorial predă toate cele trei tehnici într-o singură sesiune. Un lichid poate fi turnat într-un cilindru gradat și citit direct — cu condiția ca citirea să fie făcută la baza meniscului, curba pe care tensiunea superficială a lichidului o formează împotriva sticlei. Un solid, în special unul neregulat pe care nicio riglă nu îl poate măsura, este măsurat prin deplasare: scufundat într-un vas preaplin umplut până la buza, el împinge afară exact propriul său volum de apă, care este colectat și citit într-un cilindru. Un gaz este măsurat lăsându-l să disloce apa dintr-o biuretă inversată, umplută cu apă — bulele de gaz urcă, nivelul apei scade, iar gradațiile înregistrează cât spațiu a revendicat gazul. În acest tutorial, veți măsura 70 mL de apă într-un cilindru gradat, veți determina volumul a cinci bucăți de plumb cu vasul preaplin și veți colecta un gaz deasupra apei într-o biuretă în timp ce un cronometru și graful Volum-în-funcție-de-Timp al tabletei înregistrează fluxul.
Obiective educaționale
Tehnica de măsurare pentru fiecare stare de agregare
- Măsurați volumul unui lichid direct într-un cilindru gradat, citind la baza meniscului.
- Măsurați volumul unui solid neregulat prin dezlocuirea apei și volumul unui gaz prin colectare peste apă într-o biuretă.
Aplicarea principiilor fizice
- Aplică principiul deplasării: un obiect complet scufundat împinge afară exact propriul său volum de fluid, indiferent de forma sa.
- Recunoașteți că un gaz se extinde pentru a umple orice spațiu îi este dat, motiv pentru care volumul său trebuie citit din ceea ce dezlocuiește.
Manipularea instrumentelor
- Asamblați aparatul de colectare a gazelor — stativul, clema, biureta inversată, racordul și cilindrul de gaz — în ordinea corectă și manipulați solidele dense cu penseta.
Citire și înregistrare
- Alegeți cilindrul gradat corespunzător volumului măsurat și utilizați graful volum-în-timp al tabletei pentru a citi un rezultat care se modifică în timpul colectării acestuia.
Protocol
PARTEA 1: Măsurarea volumului unui lichid
- În cilindrul gradat corespunzător, puneți 70 ml de apă de la robinet.
- Atinge baza meniscului cilindrului gradat pentru a confirma volumul.
PARTEA 2: Măsurarea volumului unui solid folosind o vas de preaplin
Pentru a măsura volumul unui solid, putem folosi metoda deplasării apei.
- Cu apă de la robinet, umple un vas până la refuz la capacitatea sa maximă înainte de vărsare (500 mL). Lasă apa în exces să se scurgă în chiuvetă.
- Pune recipientul de preaplin în poziția inițială, în stânga tejghelei, chiar lângă cilindrul gradat de 25 mL (care va fi poziționat sub orificiul de preaplin al recipientului de preaplin).
- Puneți cinci bucăți de plumb în vasul de preluare a excesului, folosind o pensetă.
- Folosind revărsarea din vasul de revărsare și meniscul din cilindrul gradat, determinați volumul solidului.
PARTEA 3: Măsurarea volumului unui gaz
Pentru a măsura volumul unui gaz, putem folosi o biuretă de gaz.
- Umpleți un pahar Berzelius de 1 L cu cel puțin 800 mL de apă de la robinet.
- Așezați paharul Berzelius de 1 L în dreapta stativului
- Plasați o clemă universală deasupra centrului balonului de 1 L, pentru a susține biureta de gaz.
- Umpleți paharul de laborator cu 250 mL de apă de la robinet.
- Umpleți bureta cu gaz până la refuz cu apă din becherul de 250 mL, apoi puneți un dop de cauciuc în ea.
Modul cu o singură mână: Atașați o clemă universală de suport, în dreapta chiuvetei și așezați bureta de gaz în ea pentru a o umple până la refuz, apoi introduceți un dop de cauciuc.
- Atașați biureta de gaz la clema universală cu capul în jos, astfel încât deschiderea cu dopul să fie lângă fundul paharului Berzelius de 1 L.
- Îndepărtați dopul de cauciuc (vârful buretei trebuie imersat în pahar).
- Dacă apa curge din biuretă, înseamnă că nu este suficientă apă în pahar sau că biureta este prea sus. Repetați pașii 4 până la 7.
- Pune un conector de plastic astfel încât deschiderea sa în formă de J să fie sub deschiderea buretei de gaz.
- Conectați fitingul buteliei de gaz la conectorul de plastic albastru.
- Porniți cronometrul.
- Deschideți robinetul buteliei (atingeți cu vârful degetului).
- Lăsați eprubeta de gaz să se umple pe jumătate cu gaz.
- Închideți robinetul de gaz și citiți volumul de pe biureta de gaz.
- Oprește cronometrul.
- Rezultatele sunt afișate și sub formă grafică în fila Rezultate, la secțiunea Volum vs. Timp.
Rezultate anticipate
Aceasta este o ședință practică: rezultatul ei este obținerea fluenței în utilizarea cilindrului gradat, a vasului cu preaplin și a biuretei de gaze, mai degrabă decât testarea unei ipoteze. Fiecare parte are totuși o valoare citită exactă, așteptată. În Partea 1, cilindrul ar trebui să indice 70 mL la baza meniscului. În Partea 2, o bucată de plumb cântărește 34,04 g, deci cele cinci bucăți împreună cântăresc 170,2 g; densitatea plumbului este de 11,34 g/mL, iar 170,2 g ÷ 11,34 g/mL dă un volum de 15 mL — adică exact ceea ce vasul cu preaplin ar trebui să deverseze în cilindrul gradat de 25 mL. Metoda deplasării oferă astfel același rezultat ca și calculul densității, iar observarea concordanței dintre aceste două căi este scopul exercițiului. În Partea 3, gazul este aer; biureta este lăsată să se umple aproximativ pe jumătate înainte ca supapa să fie închisă, iar volumul citit pe gradațiile acesteia ar trebui să corespundă valorii finale din graful Volum în funcție de Timp al tabletei. Volumul colectat deasupra apei supraestimează ușor gazul uscat, deoarece aerul prins este saturat cu vapori de apă — un detaliu de finisare abordat în laboratoarele de gaze (053 până la 057).
Rezumatul temei pe intervale de note
Clasele a IX-a și a X-a
Concentrare: tehnica corectă în toate cele trei măsurători. Elevii citesc meniscul la nivelul ochilor, efectuează măsurarea prin preaplin fără a pierde apă și asamblează biureta pentru gaze cu îndrumare. Ei pot explica cu propriile lor cuvinte de ce deplasarea măsoară volumul și de ce biureta trebuie să înceapă complet plină cu apă.
Clasa a XI-a
Punct central: verificarea încrucișată cantitativă. Elevii estimează volumul deplasat pe baza densității înainte de a trece la Partea 2 — 170,2 g de plumb la 11,34 g/mL trebuie să deplaseze 15 mL — apoi verifică acest lucru prin revărsare și iau în calcul eventualele diferențe (picături rămase pe vas, precizia citirii cilindrului). În Partea 3, ei citesc volumul colectat și corelează graficul „Volum în funcție de timp” cu debitul înregistrat în timp ce supapa era deschisă.
Clasa a XII-a / Nivel universitar
Accent: ce presupune fiecare metodă. Elevii fac distincția între deplasare și forța de flotabilitate — măsurarea funcționează deoarece plumbul se scufundă complet, dar ar eșua în cazul unui solid care plutește — și analizează critic colectarea gazului: aerul captat este saturat cu vapori de apă și se află la o presiune determinată de nivelurile apei, astfel încât valoarea indicată de biuretă supraestimează ușor cantitatea de gaz uscat la presiune atmosferică. Ei fac legătura între acest lucru și legile gazelor și explică de ce volumele gazelor sunt comparabile doar la temperatura și presiunea specificate.
Esențiale de laborator
Instrumente
- Pahare Berzelius (1000 mL, 250 mL)
- biuretă de gaze
- Conector de gaz
- Butelie de gaz (aer)
- Cilindri gradați (10 mL, 25 mL, 70 mL, 250 mL)
- Stativ de laborator și cleme
- Vas de preaplin
- Pensetă
- Cronometru
- Dop de cauciuc
Produse
- Piese de plumb
- Apă de la robinet