TUNTEMATON KAASU. TARINA 1 Lue etukäteen argonin käyttötarkoituksista Jenni Västinsalon kandidaattitutkielmasta sivut Saa lukea myös kokonaan!

Transkriptio

1 TUNTEMATON KAASU KOHDERYHMÄ: Työ soveltuu lukiolaisille, erityisesti kurssille KE3 ja FY2. KESTO: Noin 60 min. MOTIVAATIO: Oppilaat saavat itse suunnitella koejärjestelyn. TAVOITE: Työn tavoitteena on oppia suunnittelemaan koejärjestely, jossa hyödynnetään aiempaa tietoa ja etsitään uutta tietoa internetistä. Työn teoriasisältönä käytetään kaasujen yleistä tilanyhtälöä. Työssä käytetään mittausautomaatiota sekä tieto- ja viestintätekniikkaa. VINKKI: Lisätietoa jalokaasujen löytöhistoriasta ja argonkaasun käytöstä opiskelijoille Jenni Västinsalon kandidaattitutkielmasta AVAINSANAT: Tutkimuksellisuus Kaasut Kaasujen tilanyhtälö Mittausautomaatio - TVT MUUTA: Työ on suunniteltu yhteistyössä AGA Oy:n kanssa. TARINA 1 Lue etukäteen argonin käyttötarkoituksista Jenni Västinsalon kandidaattitutkielmasta sivut Saa lukea myös kokonaan! Työskentelet rakennusinsinöörinä rakennustyömaalla ja hitsaajat kertovat, että argonlähetyksessä yhdestä pullon kyljestä tunnistusmerkki on revennyt. Tunnistusmerkki on samanlainen kuin muissa pulloista, mutta juuri argon-nimen kohdalla merkki repsottaa. Tehtävänäsi on tutkimuksellisesti selvittää onko pullossa varmasti argonia. Millä eri tavoin voisit selvittää mitä kaasua pullo sisältää? Urakalla on kiire ja sinun täytyy saada asia heti selville. Käytössäsi on lämpömittari, painemittari, ilmapallo, mitta-astioita, vettä, mittanauha, tietokone/internet, vaaka, sekä tietenkin tutkittava kaasu. Mieti strategia ja ala toimintaan.

2 Vinkki I: Kaasujen tilanyhtälö pv = nrt Ainemäärä n = m/m Arkhimedeen laki & tarina kultaisesta kruunusta Argonin atomipaino Vinkki II: Suorita kaasun keräys ilmapalloon ja tutki ilmapalloa suljettuna ympäristönä. Tee suunnitelma kuinka määrittäisit ilmapallon sisältämän argonin: Paineen (p): Tilavuuden (V): Lämpötilan (T): Massan (m): Argonin atomipaino (M):

3 TARINA 2 Lue etukäteen argonin löytöhistoriasta Jenni Västinsalon kandidaattitutkielmasta sivut 4-8. Saa lukea myös kokonaan! Elät vuotta 1895 ja Sir William Ramsay väittää löytäneensä Argonin. Tunnet Ramsayn oikein hyvin. Haluat varmistaa, että hän puhuu totta. Eristetty kaasu voisi olla typpeä, jonka Daniel Rutherford löysi Ramsay kehuskelee punninneensa atomipainoksi 39,88 g/mol. Yrität udella menetelmän miten hän mittasi atomipainon, mutta sitä hän ei suostu sinulle kertomaan. Joudut siis itse keksimään menetelmän atomipainon mittaamiselle. Käytössäsi on omat tutkimusvälineesi: lämpömittari, painemittari, ilmapallo, mitta-astioita, vettä, sanko, mittanauha, kirjakokoelmasi (=internet), vaaka, sekä tietenkin tutkittava kaasu. Olet jo tehnyt testejä ja huomannut, että kyseessä on puhdas kaasu, joka ei reagoi herkästi, eli se viittaisi jalokaasuihin. Haluat selvittää onko kyseessä juuri argon vai jokin muu kevyempi tai raskaampi kaasu. Vinkki I: Näit seuraavana yönä näit merkillisen unen, jossa ideaalikaasujen tilanyhtälö, ainemäärän yhtälö, Arkhimedeen laki sekä kultainen kruunu leijailivat mystisesti laboratorion katossa. Ajattelit, että näiden täytyy jotenkin liittyä tutkimukseesi. Vinkki II (jos tarvetta): Kaasujen tilanyhtälö pv = nrt Ainemäärä n = m/m Arkhimedeen laki Argonin atomipaino

4 Vinkki III (jos tarvetta): Suorita kaasun keräys ilmapalloon ja tutki ilmapalloa suljettuna ympäristönä. Tee suunnitelma kuinka määrittäisit ilmapallon sisältämän argonin: Paineen (p): Tilavuuden (V): Lämpötilan (T): Massan (m): Argonin atomipaino (M): Vinkit opettajille: Oppilaiden tarkoitus on määrittää argonin atomipaino (M). Kaasujen tilanyhtälö pv =nrt on ratkaisun avain. Tilanyhtälöä pitää muokata siten, että ainemäärän kaavasta n=m/m saadaan atomipaino esille, eli pv = (mrt)/m ja siitä eteenpäin oppilaat ratkaisevat kaasun atomipainon: M = (mrt)/(pv). Oppilaiden tulee selvittää kaikki puuttuvat suureet. Huom! Yksiköt oikein. Paine (p): Argon kaasua lasketaan ilmapalloon kaksireikäisen tulpan avulla. Toisessa reiässä on kaasupistooli ja toisessa paineanturi. Paineanturin lukema otetaan ylös juuri ennen pallon solmimista. Tilavuus (V): Tilavuus voidaan laskea geometrisesti mittanauhalla tai käyttämällä Arkhimedeksen kylpytarinaa, eli pallo syrjäyttää tilavuutensa verran vettä sangosta. Lämpötila (T): Luetaan lämpömittarilla pallon pinnalta Ideaalikaasuvakio (R): 8,314 J/(K mol)

5 Massa (m): Ilmapallossa olevan argonin massa punnitaan vaa alla. Sitä varten täytyy ensin punnita tyhjän ilmapallon massa. Pallon täytön jälkeen punnitaan kaasun + ilmapallon massa. Lisäksi tärkeä on lisätä laskea palloon kohdistuvat noste! Tämä saadaan laskettua tilavuuden ratkettua. Noste =ilmapallon tilavuus x ilman tiheys.