Hány köbcentiméter gáz fejlõdik egyetlen pezsgõtabletta vízben való feloldása során?

gázfejlődés, pezsgőtabletta

M. 190. Hány cm³ gáz fejlõdik egyetlen pezsgõtabletta vízben való feloldása során?

Megoldás. A mérést legegyszerûbben úgy lehet elvégezni, hogy egy nagyobb edényben (akváriumban, üvegtálban) valamilyen eszközzel (pl. vízzel teli, a szájával lefelé fordított mérõhengerrel) felfogjuk a fejlõdõ gázt s a mérõhenger beosztásán leolvassuk a gáz térfogatát. Ha nem áll rendelkezésre mérõhenger, akkor ismert (megmért) belsõ átmérõjû edényben felfogva a gázt a gázoszlop magasságából kiszámíthatjuk a térfogatát. Megtehetjük azt is, hogy egy alul kilyukasztott nyitott mûanyagflakont egy kicsit nagyobb átmérõjû, vízzel töltött edénybe helyezünk. Miután a lyukon beáramló víz hatására a vízszint azonos magasságra áll be, a flakonba összemorzsolt pezsgõtablettát ejtünk, majd a kupakot szorosan rácsavarjuk. A keletkezett gáz a flakonból kiszorítja a víz egy részét, melynek térfogatát hosszúságméréssel könnyen meg lehet határozni.

A mérés akkor lesz utólag ellenõrizhetõ, más mérésekkel összevethetõ, ha a körülményeket minél pontosabban leírjuk. Fontos, hogy meghatározzuk (de legalább a dobozon levõ adatok alapján lejegyezzük) a pezsgõtabletta tömegét, megmérjük a víz hõmérsékletét, és ha módunkban áll, meghatározzuk a külsõ légnyomást is.

Akik többször megismételték a mérést (sajnos ennek korlátot szab a pezsgõtabletták nem elhanyagolhatóan kicsi ára), megfigyelhették, hogy a keletkezõ gáz mennyisége erõsen ingadozik, általában a késõbb elvégzett kísérleteknél egyre növekedett. Sokan rájöttek arra, hogy ez a vízben oldódó gáz (szén-dioxid) miatt van. Ez igen erõsen (akár 100 százalékkal is) befolyásolhatja a mérési adatokat, vagyis a mérésben igen jelentõs szisztematikus hibát okoz. (Emellett a vízszint változásából adódó nyomásváltozás - amit sokan számításba vettek, vagy az edények emelgetésével megpróbáltak kiküszöbölni - szinte teljesen elhanyagolható a külsõ légnyomás mellett.)

Az elsõ ,,feloldott'' tablettából még jelentõs mennyiségû szén-dioxid oldódik be a vízbe, a továbbiakból már egyre kevesebb, a közvetlenül megmérhetõ, kibugyborékoló gáz mennyisége tehát egyre többnek adódik. Kocsis Bence (Fazekas M. Fõv. Gyak. Gimn. 12. évf.) megfigyelte, hogy a színes (málna ízû) tabletta csak a felfogóedényben festette meg a vizet, a külsõ tartályban nem. A tablettákat (fél tabletta egységekben növelve) sorozatban oldotta fel, s vizsgálta a keletkezõ gáz mennyiségének függését a tabletta sorszámától, majd a telítésbe hajló görbébõl következtetett a vízben maradó gáz mennyiségére. Gál Tamás (Zalaegerszeg, Ságvári E. Gimn. 11. évf.) két különbözõ mennyiségû vízben oldott fel tablettákat, s a keletkezõ gázból - feltételezve, hogy a vízben maradó gázmennyiség a víz térfogatával arányos - kiszámította a szisztematikus hiba nagyságát, és a számított értékkel korrigálta a mérési eredményeit. Kovács Krisztián (Nagykanizsa, Batthyány L. Gimn. 12. évf.) is különbözõ térfogatú edényekben oldva mérte a keletkezõ gáz térfogatát. Átlagolt mérési adatai: 380 cm³-es edényben 18, 240 cm³-es edényben 50, végül 180 cm³-es edényben 85 cm³ gázt fejlõdését észlelte. A gáz térfogatát a víz térfogatának függvényében ábrázolva közel lineáris függvényt kapott, amit a nulla (értelemszerûen: nagyon kicsiny) víztérfogatra extrapolálva az összes keletkezõ gázra a 140-150 cm³-es becsült értéket kapta. Érdemes megfigyelni, hogy ez a mennyiség mintegy nyolcszorosa (!) a legnagyobb (a gázt leginkább feloldó) vízmennyiségnél megfigyelhetõ gáz térfogatának.

Lazányi János (Debrecen, KLTE Gyak. Gimn. 12. évf.) különbözõ hõmérsékletû vízbe helyezett pezsgõstablettákat. A folyadékokban oldott gáz mennyisége erõsen függ a hõmérséklettõl. (Melegebb folyadékban kevésbé oldódnak a gázok, ezért lehet ,,kiforralni'' a vízbõl a levegõt, szén-dioxidot stb.) A hõmérséklet függvényében változó gázfejlõdési adatokból következtetni lehet a folyadékban maradó gáz mennyiségére is.

A vízben oldott gáz mennyiségét - a pezsgõtabletta kémiai összetételének és a reakció egyenletének ismeretében - számítással is meg lehet határozni. (Táblázatból kikereshetjük a szén-dioxid oldhatóságát a kísérleti körülményeknek megfelelõ nyomáson és hõmérsékleten, majd az eltávozó gáz mennyiségének ismeretében kiszámíthatjuk az oldatban maradó hányadot.)

Több versenyzõ úgy próbálta csökkenteni a vízben oldott szén-dioxid mennyiségét, hogy egy lombikban csak kevés vizet juttatott a tablettára, s a keletkezõ gázt hosszú, vékony mûanyagcsõbe vezette. A csõben kicsiny ,,vízdugó'' jelezte a térfogatváltozást, de számottevõ mennyiségû gázt nem tudott feloldani.

Néhányan tömegméréssel próbálkoztak: az oldás elõtti és utáni tömegek különbségébõl határozták meg az eltávozott gáz mennyiségét. Ez elvben jó, gyakorlatilag azonban nehezen megvalósítható eljárás. A kis különbségek miatt igen pontos mérlegre van szükség, és pl. a folyadék párolgását is figyelembe kell vennünk, továbbá a vízben feloldódó gáz problémája itt is jelentkezik.

• Gnadig Péter

• Gál Tamás
• Kocsis Bence
• Kovács Krisztián
• Lazányi János