molecular weight experiment

GRAM MOLECULAR WEIGHT OF CARBON DIOXIDE

WILS BEHGSTHOM, M.S.

and

MCIRLYS HOWELLS, Ph.D.

Carbon dioxide occurs as a variable component in the atmosphere. It is formed by the decay, fermentation, and combustion of organic matter. In this experiment, carbon dioxide will be produced by reacting marble chips, predominantly CaC03, with hydrochloric acid. To obtain dry carbon dioxide, the gas is bubbled through a concentrated sulfuric acid which acts as a dessicant and collected in an Erlenmeyer flask.
The procedure involved in the determination of the molecular weight of carbon dioxide is called the gas density or vapor density method. In some texts it will be referred to as the Dumas method named for the Frenchman who is given credit for originating the method. It is based on the principle that equal volumes of gases contain the same number of molecules at the same temperature and pressure. This principle represents Avogardo’s Law which has been used to define a standard molar volume of any gas, 2 2 . 4 liters, at 1 atmosphere pressure (760 torr) and 273 K ( O oC ) . The ideal gas law, PV = nRT when solved for volume at STP defines this standard volume. If n, number of moles, in the ideal gas law is redefined as mass of gas/gram molecular weight (GMW) the formula can be rearranged to solve for the gram molecular weight by using measured values obtain in the laboratory for any PV gas sample. The variables in the formula are mass (grams), R - gas law constant (0.0821 liter-atm/mole-K), T - temperature (degrees Kelvin), P - pressure (atmospheres), and V - volume
(liters). Alternatively, the volume of gas measured at laboratory conditions could be corrected to the volume which it would occupy at STP. A simple proportion relationship would then be used to
mass of collected aaS = GMW volume occupy at STP 22.4 liters solve for the GMW.

Procedure
Take two clean, dry, marked Erlenmeyer flasks and obtain mark the bottom position of the stopper with a piece of tape. Weigh the flasks to the nearest 1 mg and record the weight. Record the laboratory temperature and pressure. Using CRC Handbookof Chemistry and Physics, record the density of air at laboratory conditions.
~ rubber stoppers that fit each tightly. Stopper the flasks and
In the fume hood, set up the apparatus as shown in the
following diagram. This will require that a number of right angle
glass bends must be produced by you. The student should read
glass cutting (830 - 8321, glass polishing (835 -836) and glass
bending (840 - 841) in the Chemical Technician's Ready Reference
Handbook, CTRRH. Remember to lubricate glass with glycerin
before inserting it into the tubing or stoppers. Place 40 g of
marble chips in a generating flask and place approximately 30 ml
of concentrated sulfuric acid, H2SO4 , in the bubbler bottle.
Be sure to check all of the rubber and glass tubing for
constrictions or blockage as the apparatus is assembled. Use a
a paper punch and 3 by 5 index card to make the paper cover for
the collection flask. Making sure that the screw clamp is closed
between the funnel and generator, add approximately 50 ml of
6M HC1 to the funnel. The liquid level in the funnel should never
exceed three-fourths of its total volume capacity nor should it be
allowed to drain completely since air would enter the generator.
Record in your laboratory notebook the handling precautions, and
the spillage and disposal procedures for all chemicals used in
the experiment from MSDS notebook.
Opening the screw clamp slightly, allow the HC1 solution to
pass from the funnel onto the marble chips. A moderate rate of gas
generation should be maintained and can be monitored by watching
the bubbler bottle. The generator should be carefully shaken
occasionally to avoid the'use of an unnecessary excess of HC1.
Permit the gas to flow for 5 minutes to ensure the displacement of
air in the apparatus. Touch the bottom of the generator flask and
record the temperature effect. Remove the paper cover and delivery
. tube from the collection flask and quickly insert a rubber stopper
to the marked position. Insert the delivery tube into a second flask
to collect a sample while weighing the first flask to the nearest
0.001 g. Alternate sample collection in this fashion until a
constant weight (50.005 g) is obtained for both flasks. When
all mass measurements have been completed, fill each of the
flasks with water to the marked position and measure the volume of
water using a graduated cylinder. To disassemble, first loosen
stopper on the generator flask to avoid siphoning concentrated
sulfuric acid into the generator. Drain the HC1 from the funnel
into a beaker and use proper disposal procedures for excess acid in
the beaker, generator and bubbler bottle. Remember that
concentrated solutions are always poured into more diluted solutions.
To determine the weight of carbon dioxide it is necessary to
calculate the weight of air in the flasks at the initial weighing.
The density of air at laboratory conditions is multiplied times
the volume of the flask to obtain mass of air. The mass of air is
then subtracted from the initial flask weight to obtain weight of
the stopper and flask. This is used to determine the mass of carbon
dioxide collected. Using one of the two methods outlined in the
introduction, calculate the gram molecular weight of carbon dioxide
for each trial and the average value. Calculate the relative error
for your results.
Exchange two clean, dry 250 ml flasks at the stockroom for
two filled with samples of unknown gases. Do not disturb the
'stopper or warm the flask unnecessarily by handling. Mark the
position of the stopper and weigh to nearest 0.001 g. In the hood
remove the stopper and displace the unknown gas with laboratory
air by use of the aspirator. Replace the stopper and weigh the
flask of air accurately. Fill the flask with water to the mark
and measure the volume using a graduated cylinder. Repeat the
calculations that were necessary to determine the gram molecular
weight of carbon dioxide.

Termodinamika : kerja reversibel dan irreversibel

Kerja Reversibel dan irreversibel

Pertimbangkan sistem yang sama seperti sebelumnya: sejumlah gas berada di dalam silinder dengan suhu konstan T. Kita mengekspansi gas dari keadaan T, P₁, V₁ menjadi keadaan T, V₂, P₂, dan kemudian kita kompresi gas tersebut ke keadaan semula. Gas ini telah mengalami perubahan siklik kembali dari keadaan akhir ke keadaan awal. Misalkan kita melakukan siklus ini oleh dua proses yang berbeda dan menghitung pengaruh kerja W_cy untuk setiap proses.

Proses I. Ekspansi satu tahap dengan P_op = p₂; kemudian kompresi satu tahap P_op = p₁. Kerja yang dihasilkan dari ekspansi dengan pers. (4.4)

                                                                              Wexp = P2(V2 - V1)

Ketika kerja yang dihasilkan oleh kompresi sebesar

                                                                              Wcomb = P1(V1 - V2)

Rangkaian pengaruh kerja pada siklus adalah penjumlahan dari kedua persamaan di atas

                                     Wcy = P2(V2 - V1) + P1(V1 - V2) = (P2 - P1) - (V2 - V2)

Sejak V₂ – V₁ adalah positif, dan P₂ – P₁ adalah negatif, W_cy adalah negatif. Rangkaian kerja telah hilang dalam siklus ini. Sistem telah dikembalikan ke keadaan awal, tetapi lingkungannya belum; massa akan

lebih rendah di lingkungan setelah siklus ini.

Proses II. Pembatasan ekspansi multi tahap dengan P_op = p; kemudian pembatasan kompresi multi tahap dengan P_op = p.

Dengan pers. (4.5), kerja yang dihasilkan dalam ekspansi adalah

(Perubahan tanda dalam integral kedua dipengaruhi oleh pertukaran batas integral).

Jika perubahan dilakukan dengan metode kedua, sistem dikembalikan ke
keadaan awal, dan lingkungan juga dikembalikan ke kondisi awalnya, karena tidak ada pengaruh rangkaian kerja yang dihasilkan.

Misalkan suatu sistem mengalami perubahan keadaan melalui urutan tertentu dari keadaan intermediate dan kemudian dikembalikan ke keadaan semula dengan urutan yang sama melintasi keadaan dalam urutan terbalik. Kemudian jika lingkungan juga dikembalikan ke keadaan aslinya, perubahan ke arah sebaliknya adalah reversibel. Proses berhubungan adalah proses reversibel. Jika lingkungan tidak dikembalikan ke keadaan semula setelah siklus, perubahan dan proses adalah irreversibel.

 Jelaslah bahwa proses kedua yang baru saja dijelaskan adalah proses yang reversibel, sedangkan proses yang pertama adalah irreversibel. Terdapat karakteristik penting lain dari proses reversibel dan ireversibel. Dalam proses ireversibel yang baru saja dijelaskan, satu massa ditempatkan pada piston, penahan dilepaskan, dan piston di gerakkan ke atas dan berada di posisi akhir. Pada posisi tersebut, terjadi keseimbangan internal gas, arus konveksi ditetapkan, dan suhu berubah-ubah. Sebuah rentang waktu tertentu dibutuhkan gas untuk setimbang di bawah kondisi baru. Situasi yang sama berlaku pada kompresi irreversible. Sifat ini kontras dengan ekspansi reversibel yang pada setiap tahap tekanan berlawanan hanya berbeda sangat kecil dari tekanan kesetimbangan dalam sistem, dan volume meningkat sangat kecil. Dalam proses reversibel yang keseimbangan internal gas berubah sangat kecil dan di dalam batas tidak berubah sama sekali.

Oleh karena itu, pada setiap tahap dalam perubahan reversibel, sistem tidak berawal dari kesetimbangan oleh jumlah lebih dari jumlah yang sangat kecil.

Jelaslah, kita tidak bisa benar-benar melakukan perubahan reversibel. Suatu rentang waktu tak terbatas akan diperlukan jika peningkatan volume pada setiap tahap benar-benar sangat kecil. Proses reversibel bagaimanapun juga bukanlah proses nyata, tetapi proses ideal. Proses nyata selalu ireversibel. Dengan kesabaran dan keterampilan, reversibilitas dapat didekati, tetapi tidak dapat dicapai. proses reversibel sangat penting karena pengaruh kerja terkait dengan proses tersebut yang menggambarkan nilai maksimum atau minimum. Jadi limit ditetapkan pada kemampuan perubahan tertentu untuk menghasilkan kerja, dalam kenyataannya kita akan mendapatkan lebih sedikit, dan kita tidak boleh berharap untuk mendapatkan lebih banyak kerja yang dihasilklan.

Pada siklus isoterm yang dijelaskan di atas, kerja yang dihasilkan pada siklus irreversible bernilai negatif, yaitu kerja yang telah hilang. Ini merupakan karakteristik mendasar setiap perubahan ireversibel dan juga setiap perubahan siklus isotermal yang nyata. Jika sistem dikondisikan pada suhu konstan dan mengalami perubahan siklik oleh proses ireversibel (proses nyata), sejumlah kerja dihilangkan di lingkungannya. Hal ini sebenarnya pernyataan hukum kedua termodinamika. Pengaruh kerja terbesar akan dihasilkan dalam siklus isotermal reversibel, dan ini, sebagaimana telah kita lihat, W_cy=0. Oleh karena itu kita tidak dapat berharap untuk mendapatkan jumlah positif kerja di lingkungan
dari perubahan siklus sistem yang dikondisikan pada suhu konstan.

Pemeriksaan argumen yang disajikan di atas menunjukkan bahwa kesimpulan umum yang dicapai tidak bergantung pada fakta bahwa sistem dipilih untuk ilustrasi yang terdiri dari gas, kesimpulan adalah valid terlepas dari bagaimana sistem dibentuk. Oleh karena itu untuk menghitung kerja ekspansi yang dihasilkan dalam perubahan dari sistem apapun kita menggunakan pers. (4.4), dan untuk menghitung kerja yang dihasilkan dalam perubahan reversibel, kita menetapkan P_op = p dan menggunakan pers. (4.5).

Dengan modifikasi sesuai argumen, kesimpulan umum yang bisa dicapai ditampilkan dengan benar untuk setiap jenis kerja: kerja listrik, kerja yang dilakukan terhadap medan magnet, dan sebagainya. Untuk menghitung jumlah dari jenis lain dari kerja kita tidak akan menggunakan integral dari tekanan terhadap volume, melainkan integral dari gaya yang timbul dalam perpindahan.