Teori

En viss mängd vätska har en bestämd en volym beroende på temperaturen. Om vätskan värms upp kommer den att förångas. När kokpunkten uppnås är ångans tryck lika med atmosfärstrycket och vätskan (l, som i liquid) övergår helt till gas (g som i gas) vilket kallas fasövergång (l) →(g).

Material

Två olika lösningsmedel, exempelvis följande:

  • Låg densitet - Aceton
  • Högre densitet - Etylacetat

Aceton och etylacetat är lätta att få tag i eftersom de utgör huvuddelen i olika nagellackborttagningsmedel. Andra förslag på lösningar finns i tabellen lite längre ner.

Två ballonger (eller plastpåsar), två stora bägare (ca 1 dm3), termometer, ett måttband/linjal och 2 degeltänger (eller liknande att hålla ner ballongen under vattnet).

Risker vid experimentet 

Alla lösningsmedel är brännbara. Aktas för öppen eld. Varmt vatten kan ge brännskador. En riskbedömning ges av undervisande lärare.

Utförande

  1. Koka vatten och fördela i de 2 bägarna. Mät och anteckna temperaturen vid starten.
  2. Fyll i den ena ballong med 1 cm3 aceton och den andra med 1 cm3 etylacetat. (Om du laborerar hemma kan du istället ta 1 kryddmått av varje vätska.)
  3. Tryck ut luften och knyt igen ballongerna.
  4. Kläm fast ballongerna i degeltängerna och för ner dem samtidigt i var sin bägare med varmt vatten.
  5. Var händer? Sker förändringarna lika snabbt? Mät och anteckna diametern på ballongerna.
  6. Tag upp ballongerna och kyl ner dem i kallt vatten. Vad händer. Sker det lika snabbt?
  7. Gör om experimentet. Om temperaturen i vattenbadet har sjunkit mycket så värm vattnet till starttemperaturen. Blir resultatet lika som förra gången. Mät diametern på ballongerna.
  8. Blir ballongerna lika stora eller mindre. Försök att ge en förklaring.

Till läraren

Variation

Gör laborationen mer öppen. Använd andra vätskor enligt tabellen nedan. Låt eleverna räkna på skillnaden i substansmängd för en viss volym av de olika ämnena.

Stöd för riskbedömning

Aceton: Brännbart, Utropstecken, Fara, H225, H319, H336, EUH066 och P 210, P240, P261, P280, P305+P351+P338

Etylacetat: Brännbart, Fara, HEUH 066(hudsprickor) H225, H319, H336 och P210, P233, P240, P241, P242, P243, P261, P264, P271, P280, P404

Resultat för ämnena i labben och några till

Ballongen med lösningsmedel med lägsta kokpunkt (aceton) utvidgas först. Om lösningsmedlet är opolärt kommer det att tränga ut genom ballongväggen och bilda bubblor på ballongytan (Det syns tydligt för alkanerna). Ballonger är gjorda av opolära polymerer. Polära lösningsmedel stannar kvar längre i ballongen och kan (nästan) återfå samma volym vid återupprepning (aceton). Se dielektricitetskonstanten.

Dielektricitetskonstanten är relaterad till polariteten hos ett lösningsmedel.

Ämne kp Mol-massa (g/mol) Densitet (g/cm3) 0,02 mol är x cm3 Dielektricitets-
konstant		 Resultat Återupprepning
metanol 64,9 32 0,793 0,8 32,6 Snabb, ca 9 cm Snabb, ca 9 cm
etanol 78,5 46 0,789 1,1 24,3 Fungerar i kokande vatten Går normalt ej
aceton 57 58 0,789 1,47 20,7 Snabb, ca 8 cm Snabb, ca 8 cm
etylacetat 77 88 0,901 1,95 6,02 Ca 6 cm Ca 5 cm
eter 35 74 0,731 2,07 4,34 Bubblar lite, snabb, ca 7 cm Bubblar ut lite, snabb, ca 5 cm
pentan 36 72 0,626 2,3 1,84 Bubblar ut, snabb, ca 5 cm Pyser ut
cyklohexan 81 84 0,779 2,16 2,02 Bubblar, ca 5cm Pyser ut
heptan 98,4 100 0,684 2,92 1,95 Bubblar, ca 4 cm Pyser ut
p.eter 60-80       Ca 1,9 Bubblar, ca 5 cm Pyser ut, ca 3 cm
vatten 100 18 1,00 0,36 80,10 Går ej  

 

Teori

Laborationen handlar om ångtryck, polaritet, diffusion och ändringar av aggregationstillstånd, s.k. fasövergångar. Ämnen med låg kokpunkt förångas snabbast. Opolära ämnen diffunderar ut genom ballongens opolära membran. Vätgas pyser ur ballonger vid förvaring. Andra ämnen såsom eter ”kryper ut” lite långsammare. För att få mera jämförbara värden kan man ta lika stor substansmängd genom att variera vätskemängden. Se tabell

Gasen har mycket större volym än vätskan. Den värmemängd som måste tillföras vätskan beror på hur starka de kemiska bindningarna är mellan molekylerna. Den svagaste bindningtypen, van der Waals bindning, blir starkare med större molekylmassa.

Du ska tillsätta en vätska till en ballong och knyta igen. Sen ska du värma vätskan i ett vattenbad så att det bildas en gas. Ballongen består av opolära polymerer. Om vätskan är ett polärt eller opolärt ämne har stor betydelse för resultatet. Du ska testa några vätskor och se vad som händer. Försök att hitta en förklaring till att vätskorna/gaserna beter sig olika.

Bindningar mellan molekyler med ökande styrka: Van der Waals bindningar, dipol-dipolbindningar och vätebindningar.

Principen "lika löser lika" betyder att polära ämnen löser sig i andra polära ämnen, medan opolära ämnen löser sig i opolära ämnen. Vatten och alkoholer är polära ämnen medan alkaner är opolära

Denna laboration finns under följande rubriker på KRC:s hemsida:

  • Gymnasiet/ Kemi 1/ Materia/ Kemisk bindning/ Laborationer
  • Gymnasiet/ Kemi 1/ Materia/ Organisk kemi/ Laborationer
  • 7-9/ Kemin i naturen/ Faser och fasövergångar/ Laborationer
  • 7-9/ Kemin i naturen/ Organisk kemi/ Laborationer