Datum: 2020-09-16
Innehållsförteckning:
Syfte
Bakgrund 2.1 Koldioxid, kolsyra och pH-värde 2.2 Temperatur
Material
Metod
Resultat
Analys 5.1 Diskussion/Slutsats 5.2 Felkällor
1. Syfte
Syftet med laborationen är att se hur temperaturen påverkar koldioxidens förmåga att reagera med vatten.
2. Bakgrund
2.1 Koldioxid och kolsyra
Koldioxid (CO2) är en gas som främst befinner sig i atmosfären, men gasen befinner sig även i haven. I haven sker följande reaktion:
CO2 + H2O <=> H2CO3
Kolsyran (H2CO3) är en svag syra. Det betyder att molekylen har en förmåga att avge en proton. Det här kallas att kolsyran protolyseras.
H2CO3 + H2O <=> HCO3- + H3O+
Vätekarbonatjonen (HCO3-) har i sin tur förmåga att protolyseras ytterligare.
HCO3 + H2O <=> CO3 2- + H3O+
Alla dessa tre reaktioner är i jämvikt. Med det menas att alla reaktioner går åt båda hållen. Både kolsyra och vätekarbonat är svaga syror. Svaga syror protolyseras aldrig fullständigt.
2.2 pH-värde
Ett pH-värde indikerar hur sur en lösning är. Definitionen av pH är den negativa logaritmen av oxoniumkoncentrationen (pH = -log[H3O+]). En hög koncentration oxoniumjoner ger ett lågt pH-värde medan en låg koncentration ger ett högt pH-värde. Om koncentrationen för oxoniomjonen är 10-8 per dm3. Då ger det pH=-log(10-8)=8.
2.3 Temperatur
Temperaturen i en lösning påverkar rörelsen av molekylerna i lösningen. Ju högre temperatur desto mer rörelseenergi finns i en lösning. Mer rörelseenergi leder till att reaktionshastigheten ökar. I och med en ökad rörelse bland molekylerna blir det lättare för dem att kollidera med varandra så att en kemisk reaktion kan ske.
När det sker reaktioner bildas intramolekylära bindningar, dvs krafter mellan atomerna inom molekylen. Andra attraktionskrafter är intermolekylära bindningar. Dvs attraktionskraften mellan molekylerna. Det är dessa krafter som får molekyler att hålla ihop. När en molekyl får mer energi kommer den ha större chans att “bryta sig loss från dessa attraktionskraften”, detta sker bland annat när ett ämne avdunstar.
3. Materiel
Drickglas
Kylskåp
Kranvatten
Läsk (tonic)
PH-papper
Mikro
Sodastream
4. Metod
Kranvatten hälldes i en flaska som tillhör sodastreamen. Sodastreamen sattes igång och fyllde vattnet med kolsyra.
Det kolsyrade vattnet hälldes i tre glas. En ställdes i ett kylskåp, en i rumstemperatur och en upphettades i mikron. När vattnet i varje bägare var kallt, rumstempererat respektive varmt startades ett tidtagarur. Efter 20 min mättes pH-värdet med pH-papper.
Denna process upprepades en gång till, men med en tid på 30 min.
Efter de två första testerna, genomfördes ett liknande utförande, men med läsk (tonic) istället för kolsyrat vatten. Här var tiden 15 min.
5. Resultat
Nedan redovisas resultatet för försöken i tre olika tabeller. Tabell 1, tabell 2 och tabell 3. Tabellerna består av 4 kolumner. I kolumn 1 redovisas pH-värdet i kylskåpet efter en viss tid. Tiden står under respektive tabell. I kolumn 2 redovisas pH-värdet vid rumstempererad rumstemperatur. Den uppmättes ligga runt 21 grader Celsius. I kolumn 3 redovisas pH-värdet vid en varmare temperatur.
Tabell 1
_________________________________________________________________________
Kallt (10°C) Rumstempererat (20°C) Varmt (40°)
_________________________________________________________________________
Kolsyrat vatten pH 8 pH 7 pH 6/7
_________________________________________________________________________
Tabell 1 visar pH-värden i tre olika temperaturer efter 20 min.
Tabell 2
_________________________________________________________________________
Kallt Rumstempererat Varmt
_________________________________________________________________________
Kolsyrat vatten pH 5 pH 6 pH 7
_________________________________________________________________________
Tabell 2 visar pH-värden i tre olika temperaturer efter 30 min.
Tabell 3
_________________________________________________________________________
Kallt Rumstempererat Varmt
_________________________________________________________________________
Tonic (läsk) pH 5 pH 5/6 pH 6
_________________________________________________________________________
Tabell visar pH-värden i tre olika temperaturer efter 15 min.
6. Diskussion/Slutsats
Syftet med laborationen var att undersöka om temperaturen har en påverkan på kolsyrans förmåga att reagera med vatten. Det undersöktes genom att placera vätskor med hög koncentration kolsyra i olika temperaturer. I tabell 2 och tabell 3 hade vätskorna som förvarades varmt högre pH än dem vätskorna som förvarades kallt. Ett lägre pH-värde innebär en högre koncentration av oxoniumjoner(vätejoner). Det betyder att i försök 2(tabell 2) och försök 3(tabell 3) var det en högre koncentration oxoniumjoner i den kalla vätskan än i den varma vätskan.
För att en vattenlösning ska kunna ha ett lägre pH-värde än 7 behöver vätskan innehålla en syra. I den här undersökningen användes kolsyra. Ju mer kolsyramolekyler det finns i lösningen ju fler protoner kan avges. Utifrån värdena i tabell 2 och tabell 3 var det lägre pH-värden i den varma temperaturen än i den kalla temperaturen. Därmed kan slutsatsen dras att det finns mer kolsyramolekyler i den kalla temperaturen än vad det finns i den varma temperaturen.
Det nämndes i bakgrunden att det finns intermolekylära krafter mellan molekylerna. Dessa krafter är svaga för gaser, och därav att dem är just gaser. När ett ämne har hög temperatur innebär det att molekylerna har hög rörelseenergi. När molekylernas rörelseenergi är hög har dem lättare att kunna bryta sig loss från sina intermolekylära krafter, dispersionskrafter och dipol-dipol-bindningar. Koldioxiden kommer därmed ha det lättare att avdunsta i varm temperatur än i en kall temperatur. När koldioxiden avdunstar kommer även kolsyran att minska i lösningen. Mindre kolsyra leder till att färre syra-molekyler kan protolysers, vilket gör att pH-värdet rör sig mot 7.
Resultaten i försök 1(tabell 1) visar däremot andra resultat. Där var pH-värdet högre vid kallare temperatur och lägre vid högre temperatur. Detta motsäger resultatet i de andra försöken, samt teorin.
Det är svårt att dra en slutsats utefter våra resultat då de skiljer sig mellan försök 1 och försök 2–3. Det vi kan se med försök 2 och försök 3 är att kolsyrans förmåga att reagera med vatten ökar i lägre temperaturer.
Möjlig anledning till det avvikande resultatet är att lackmuspapperet som användes under försök 1 hade legat i en väska under en veckas tid innan laborationen vilket kan ha påverkat dess förmåga att visa korrekt pH-värde. Lackmuspapperet var från början smått missfärgat vilket visar på att dess precision är bristande. Detta kan ha gett upphov till felaktiga resultat vilket förklarar de avvikande mätvärdena. En annan felkälla är att försöken mäts på olika sätt. T.ex vid olika tid och temperatur. Det kan leda till att mer kolsyra kan ha avdunstats efter en längre tid vilket leder till att resultaten kan variera.