احتیاط: نیتروژن مایع به‌شدت سرد است بنابراین از تماس دست با آن به‌شدت دوری کنید و ضمن کار با آن از دستکش محافظ استفاده شود.
یخ خشک بسیار سرد است و می‌تواند باعث یخ‌زدگی بافت شود. از تماس دست با یخ خشک به‌شدت دوری کنید، به‌ویژه اگر دستان شما خیس است.
مشاهده‌ی علمی شماره 70
در این قسمت جهت درک بهتر رفتار گازها، دو آزمایش ترتیب داده شده است. آزمایش اول برای مبحث چگالی گازها و آزمایش دوم در مورد قانول شارل گازها به صورت نمایشی انجام شده است.
مواد و وسایل لازم
♦ بشر 500 میلی لیتری
♦ 950 گرم یخ خشک
♦ 2 تا 3 حباب صابون (توسط میله شیشه‌ای خودکار و مخلوط آب و صابون تولید کنید)
شرح
950 گرم یخ خشک را کف بشر 500 میلی‌لیتری قرار دهید. به مدت پنج دقیقه منتظر بمانید تا گاز دی‌اکسیدکربن تولید شود. توسط میله‌ی شیشه‌ای خودکار و مخلوط آب و صابون 2 تا 3 حباب صابونی را به داخل بشر بدمید. وقتی حباب‌های صابون داخل بشر دمیده می‌شوند آنها روی لایهی نسبتا غلیظ گاز دی‌اکسیدکربن داخل بشر شناور می‌شوند همچنین مشاهده می‌کنید که این حباب‌ها کمی بزرگ‌تر از حالت قبل می‌شوند. این واکنش نمایشی برای بحث در مورد چگالی گازها مناسب است.
|
احتیاط: یخ خشک بسیار سرد است و می‌تواند باعث یخ‌زدگی بافت شود. از تماس دست با یخ خشک به‌شدت دوری کنید، به‌ویژه اگر دستان شما خیس است.
|
چه اتفاقی افتاده است؟
دو دلیل برای شناور شدن حباب‌های صابون در بشر محتوی یخ خشک وجود دارد. اول از همه اینکه، گاز دی‌اکسیدکربن حتی در یک شرایط دمایی برابر، چگال‌تر (سنگین‌تر) از هوا است. همچنین سرد بودن گاز دی‌اکسیدکربن باعث افزایش چگالی هر چه بیشتر آن نیز می‌شود. از طرفی حباب‌های صابون از لایه‌ای از آب تشکیل شده‌اند و حلالیت گاز دی‌اکسیدکربن در آب بیشتر از هوا است. بنابراین گاز دی‌اکسیدکربن به راحتی در حباب‌های صابونی منتشر می‌شود و سرعت انتشار گاز دی‌اکسیدکربن در حباب‌های صابون به‌مراتب بیشتر از انتشار هوا از داخل حباب‌های صابون به بیرون است. درنتیجه حباب‌های صابون کمی بزرگ‌تر از قبل می‌شوند.
مواد و وسایل لازم
♦ فلاسک محتوی نیتروژن مایع
♦ بادکنک پرشده از هوا
♦ گیره
♦ دستکش محافظ
شرح
بادکنکی که از هوا پر شده است را در داخل ظرف حاوی نیتروژن مایع قرار دهید. بادکنک پر از هوا در اثر کاهش حجم هوای داخل آن، شروع به جمع شدن می‌کند. سپس بادکنک چروک‌خورده و خالی از هوا را از ظرف خارج کنید و بر روی میز قرار دهید. مجددا بادکنک شروع به باد شدن می‌کند. این آزمایش به‌خوبی می‌تواند قانون شارل (Charles's Law) را در مورد گازها اثبات کند.
در فيزيک، قانون شارل اصلي است که با تأثيرات گرما بر انبساط گازها سروکار دارد، قانون شارل مي‌گويد: اگر فشار گاز ثابت باشد، با افزايش دما، حجم گاز افزايش خواهد يافت. بنابراين اگر دما بالا رود، گاز حجم بيشتري را اشغال مي‌کند. اگر دما کاهش يابد، گاز حجم کم‌تري را اشغال مي‌کند. اين اصل اولين بار در سال 1787 توسط فيزيک‌دان فرانسوي، ژاک الکساندر سزار شارل به‌صورت فرمول زیر درآمد.
|
احتیاط: نیتروژن مایع به‌شدت سرد است بنابراین از تماس دست با آن به‌شدت دوری کنید و ضمن کار با آن از دستکش محافظ استفاده شود.
|
چه اتفاقی افتاده است؟
نقطه جوش نیتروژن 198- درجه سیلسیوس یا 4/77 کلوین است و هوای داخل بالن مخلوطی از گاز نیتروژن (به‌طور عمده) و گازهای دیگر با نقطه جوش 183 درجه سلسیوس یا 2/90 کلوین است. این دماهای مطلق بین یک سوم و یک چهارم از دمای اتاق هستند. بنابراین طبق قانون چارلز، انتظار می‌رود بالن به همان نسبت کوچک شود. آنچه که مشاهده شد آن است که بادکنک کمتر از یک سوم و تا یک چهارم از اندازه‌ی اصلی آن کوچک شد. بنابراین ما باید استنباط کنیم که هوا در داخل بادکنک به مایع متراکم می‌شود که حجم کمتری از گاز را اشغال می‌کند. در واقع به محض بیرون آوردن بادکنک مایع داخل آن تبدیل به گاز می‌شود و بادکنک مجددا باد می‌شود.
نویسنده: عاطفه قویدست
دانشجوی سال دوم دکتری شیمی آلی
دانشگاه گیلان