De dichtheid van kooldioxide
Demonstratie
Dit experiment geeft een duidelijke demonstratie van de hogere dichtheid van kooldioxide ten opzichte van lucht. Een kolf wordt gevuld met kooldioxide uit een cilinder of een generator. Het gas wordt dan over een brandende kaars gegoten, waardoor de vlam dooft.
Lesorganisatie
Dit is een snelle, eenvoudige demonstratie voor de leraar, die ongeveer 2 minuten duurt. Hoewel dit als een klassikaal experiment zou kunnen worden gedaan, is het waarschijnlijk niet de moeite waard om de extra tijd die het zou kosten. Hulp van leerlingen bij de demonstratie zou het effect echter kunnen vergroten.
| Apparatuur | Chemicaliën |
|
Gezichtsbescherming: veiligheidsbril, of veiligheidsbril indien met droogijs wordt gewerkt Handschoenen ter bescherming tegen de warmte en een tang (indien met droogijs wordt gewerkt) Bekers (100 cm3), 2 Kegelvormige erlenmeyer (250 cm3), met passende kurk of stop Houten spalken |
Kaarsen (korte stukjes van 1-2 cm), 2 (noot 1) Kooldioxidecilinder met reduceerventiel (noot 2) Refer to Health & Safety and Technical notes section below for additional information. |
Gezondheid & Veiligheid en Technische Notities
Lees onze standaard & veiligheidsrichtlijnen
Draag oogbescherming en thermische (geïsoleerde) handschoenen.
1 Nachtlampjes of waxinelichtjes kunnen worden gebruikt in plaats van korte stukjes kaars.
2 Kooldioxidecilinder – zie de CLEAPSS Hazcard en ook het Laboratory Handbook Section 9.9 over het veilig opslaan en gebruiken van gascilinders.
3 Bij gebruik van vast kooldioxide (droogijs) moet dit binnen 24 uur voor de demonstratie worden verkregen in een aanzienlijk grotere hoeveelheid dan nodig is voor het experiment, en in een geventileerde geïsoleerde container worden bewaard tot het nodig is. Alle handelingen moeten worden uitgevoerd met warmtebeschermende handschoenen en een hanteringstang – zie de CLEAPSS Hazcard.
Als noch een kooldioxidecilinder noch een voorraad droogijs beschikbaar is, kan kooldioxidegas chemisch worden gegenereerd – zie Standard Techniques: Genereren van verzamel- en testgassen . Vervang de disteltrechter door een trechter met kraan of een scheitrechter zonder stop. Voeg het zoutzuur (100 cm3, 2 M – IRRITANT) enkele cm3 tegelijk toe aan de marmersnippers (10 g) om een gestage stroom kooldioxide op te wekken, en laat het zwaardere gas de lucht uit de opvangkolf verdringen. Dit kan worden gecontroleerd door het gas dat uit de hals van de kolf komt met een druppelpipet op te zuigen en vervolgens in een reageerbuis door vers kalkwater te laten borrelen. De kolf kan dan veilig worden gekurkt tot hij nodig is voor de demonstratie.
De erlenmeyer van 250 cm3 kan vóór de les worden gevuld met gas uit de cilinder of door er een paar klontjes droog ijs aan toe te voegen en deze in de erlenmeyer te laten verdampen. De erlenmeyer moet worden voorzien van een lichte kurk en een duidelijk etiket zodat de klas het etiket kan lezen, maar de leraar kan er de voorkeur aan geven de erlenmeyer klaar te maken wanneer dat tijdens de les nodig is.
Procedure
a Zet de twee bekers naast elkaar op de bank en doe in elke beker een kort stukje kaars.
b Steek de kaarsen aan met een splinter. Ze blijven branden.
c Giet koolzuurgas uit de kolf in een van de bekers en de kaars gaat uit terwijl de kaars in het andere bekerglas blijft branden.
d Probeer de eerste kaars opnieuw aan te steken met een splinter. Dit zal mislukken en de splinter zal uitgaan.
e Giet nu het koolzuurgas uit het bekerglas, en probeer opnieuw de kaars aan te steken. Dit moet nu lukken.
Leerzame opmerkingen
Het gebruik van kooldioxide in sommige brandblusapparaten en de redenen daarvoor.
Kooldioxide (relatieve molecuulmassa 44) is ongeveer anderhalf maal zo dicht als lucht (gemiddelde relatieve molecuulmassa ongeveer 29), en het mengen van gassen van verschillende dichtheid door diffusie kan een langzaam proces zijn, tenzij het mengsel opzettelijk wordt geroerd. Daarom kunnen gassen effectief van het ene vat naar het andere worden gegoten, en natuurlijk ook worden verzameld in een kolf of gaspot door verplaatsing van lucht.
Als extra demonstratie kan de aanwezigheid van een laag dicht gas in het bekerglas met kooldioxide worden aangetoond door een kleine zeepbel te blazen (met behulp van een in de handel verkrijgbaar bellenmengsel) en deze in het bekerglas te “vangen” (een groter bekerglas maakt dit gemakkelijker!). Met een beetje geluk daalt de zeepbel in het bekerglas zonder te barsten en gaat vervolgens ‘drijven’ op de kooldioxide-laag.
Kooldioxide kan ook in een reageerbuis met een beetje kalkwater worden gegoten. Bij schudden zal het kalkwater melkachtig worden.
Een informatieve demonstratie van de reden waarom koolstofdioxide niet geschikt is voor het blussen van branden met brandende metalen zoals magnesium, is beschreven in The General Chemistry Demo Lab.
Gezondheid & Veiligheid gecontroleerd, augustus 2016