Proef 32   Lachgas maken.
oktober 2012



Benodigde chemicaliën en spullen:
Proef32a.jpg
Ammoniumnitraat (NH4NO3): 3 gram
PET-flesje 500 mL of bekerglas:1
Erlenmeyer 50 mL:1
Doorboorde stop:1
Buisjes, slangetjes:enige
Waterbak of pan:1
Statief, brander enz.


Voorbereiding:

Lachgas ontleent zijn naam aan de wat bedwelmende, vrolijk makende werking. Vroeger werd het daarom vooral gebruikt als narcosemiddel bij operaties. Snuif er niet teveel van op, dat is bepaald niet gezond!

Bouw de opstelling zoals op de tekening. De fles of het bekerglas moet aanvankelijk geheel gevuld zijn met water. De bak waarin de fles staat moet groot genoeg zijn om ook al het water te kunnen bevatten dat aan het begin in de fles zit. Het is handig om de fles rechtop te vullen in een diepe pan waarin de fles omgekeerd komt te staan. Indien mogelijk is het verstandig ook de fles vast te klemmen aan het statief.
Doe het ammoniumnitraat in de erlenmeyer en doe de stop met het buisje er goed op. Zorg dat het toevoerbuisje aan de andere kant niet onder de fles uit kan schieten.
Gebruik bij een gasbrander een gaasje met keramisch hart tussen de brander en de erlenmeyer. Bij een spiritusbrander of een hot plate hoeft dat niet.

Proef32b.jpg De echte opstelling!
Uitvoering van de proef: 

Verwarm de erlenmeyer met een klein vuurtje zodat de gasvorming niet te hard gaat. Bij grotere hoeveelheden kan ammonium­nitraat explosief ontleden, maar bij rustig verhitten zal het wat blaasjes vormen en zal er gas in de fles bubbelen. Als de fles vol is of als er geen bubbels meer komen, haal dan de fles weg en doe er - onder water - een stop op. Haal de buis of slang uit het water. Zorg dat er geen water meer in de buis/slang zit, en beëindig dan pas het verwarmen van de erlenmeyer. Anders kan er water in de erlenmeyer worden gezogen en dan sneuvelt je glaswerk.
In de fles zit nu lachgas (N2O) dat 53% zwaarder is dan lucht.
Verklaring: 
Bij verwarming wordt ammoniumnitraat ontleed: 
NH4NO3 (s) → N2O (g) + 2 H2O (g...l) 
Het lachgas verdringt het water in de fles; de waterdamp condenseert er tot water.
Na afloop van de proef:

Als er al wat overblijft, kan dat zonder bezwaar door de gootsteen. Het lachgas kun je bewaren.
Naschrift:

Met een iets gewijzigde opstelling (zie hiernaast) kun je een interessante bepaling doen. De samenstelling van lucht is 80% stikstof en 20% zuurstof. Daaruit kun je de molaire massa (vroeger molecuulgewicht geheten) berekenen: die is ca. 29 g·mol-1. Die van N2O is 44. Hoger dus, waardoor het lachgas in de fles zal blijven en de lucht zal verdringen.
De reageerbuis in de beker met ijs dient om het ontstane H2O te condenseren en vast te houden.
Weeg de droge, lege petfles met dop. Produceer vervolgens royaal meer dan 500 mL lachgas door ca. 5 gram ammonium­nitraat droog te verhitten en het gas in de rechtopstaande fles te leiden. Doe het dopje erop en weeg opnieuw. De fles met lachgas blijkt nu ca. 0,34 gram zwaarder te zijn dan de "lege" met gewoon lucht.
Proef32c.jpg
Je kunt nu berekenen hoeveel liter een mol (van elk) gas bij de temperatuur en druk in je lab inneemt. Immers, het gewichts­verschil komt overeen met het gewicht van 500 mL gas met molaire massa van 44-29=15 g·mol-1. Eén L gas weegt 0,68 gram, dus 15 gram van dit verschilgas is 15/0,68 = 22 L. Dit is dus het volume van elke Mol gas.
Je hebt handig gebruik gemaakt van het feit dat door het aftrekken van gas2+verpakking van gas1+verpakking de verpakking, inclusief opwaartse druk en andere verstorende factoren, is weg­gevallen.

Nadere beschouwingen van de M.S.

  • Terugslag kan effectief worden voorkomen als je het toevoerbuisje of -slangetje hoog in de omgekeerde fles laat eindigen. Als het waterpeil zakt, steekt het buisje even later zó hoog dat er geen water maar gas wordt aangezogen zodra de druk wegvalt.

  • Bij gassen, alle gassen, wordt de afstand tussen de moleculen alleen bepaald door de druk en de temperatuur. Dus het gewicht van een zekere hoeveelheid gas hangt af van de molaire massa. Lucht is voor ca. 80% stikstof en 20% zuurstof volgens tabel 83c in Binas (6-de druk). De gemiddelde molaire massa is dus ongeveer 0,8 die van N2 + 0,2 die van O2, d.w.z. 0,8x28+0,2x32=28,8 g·mol-1. Lachgas, N2O, heeft als molaire massa 44 g·mol-1. Dat is ruim 1½ maal die van lucht. Het gas zal dus netjes in de fles blijven.

  • Lachgas komt ook voor als drijfgas in een spuitbus slagroom.

  • Je kunt het gas, als de slag­room­bus leeg genoeg is, op vergelijkbare wijze opvangen. Dat is ook veiliger dan ammonium­nitraat verhitten.
    Je kunt op een balans de petfles vóór de proef wegen. Maar het probleem is dat een fles lucht (althans de lucht) "niets" weegt doordat de lucht om de fles heen werkt als een soort zwembad waar alles een beetje in drijft. Weeg je een liter water onder water, dan weegt dat water dus niets. Weeg je een liter lucht in lucht, dan weegt dat ook niets.
    Alle liters van welke stof ook, wegen een liter lucht minder, tenzij je op de maan staat. Weeg je dus 1 liter N2O, lijk je 1 liter N2O minus 1 liter lucht te wegen. Het N2O dat je gewogen hebt, lijkt een molaire massa van 44-22,8=15,2 g·mol-1 te hebben. Gewogen is 500 mL lachgas. De (schijnbare) massa was 0,34 g; een liter N2O weegt dus 0,68 g. Om een mol te hebben moet je 15,2 g hebben. Dus 15,2/0,68=22 keer zoveel. Kortom, 22 L lachgas is een mol lachgas. En dat geldt voor alle gassen: Bij deze temperatuur heeft een mol gas een volume van 22 L. Dit heet het gasmolvolume.