تئوری آزمایش
تعیین مقدار اکسیژن هوا یکی ازعناوین اصلی درس شیمی سالهای اول دبیرستان در تایوان است و آزمایش تعییندرصد حجمی اکسیژن در هوا ، در دستور کار آزمایشگاه شیمی دیده میشود. اماتعیین در صد اکسیژن ، از طریق یک شمع با اکسیژن ، در جامی که وارونه در یکظرف 500 میلیلیتری (تا 3/2 از آب پر شده) قرار دارد، آنچنانکه در دستورکار آزمایشگاه شیمی عمومی شرح داده شده ، دشوار است. از این جهت لازم استآزمایش کمی ساده ای جهت اندازهگیری درصد اکسیژن هوا ، برای دبیران شیمیسالهای اول دبیرستان ارائه شود.

"بیرک" و همکارنش ، برای تعییندرصد حجمی اکسیژن هوا از پیروگالل قلیایی ، فسفر سفید و مس در آمونیومکلرید آمونیاکی یا پشم فولاد بهعنوان واکنشگر جاذب اکسیژن ، استفادهکردند. برای انتقال کامل اکسیژن از 25 میلیلیتر هوای نمونه در این آزمایش، 4 تا 6 ساعت زمان نیاز است.

"مارتینز" از پشم فولاد در لولهآزمایش خود استفاده کرد. این لوله آزمایش بهصورت وارونه در یک بشر 400 تا600 میلیلیتری (تا 3/2 از آب پر شده) قرار داشت. این واکنش به 30 دقیقهزمان نیاز دارد. این روشها بر پایه جذب شیمیایی اکسیژن (O2) است که منجربه بالا رفتن سطح مایع میشود. میانگین اکسیژن هوا در هر دو روش 20% بدستمیآید.

در هیچ یک از روشهای منتشر شده ، الکل محترق نمیشود. اینمقاله ، راه ساده ای برای تعیین درصد اکسیژن هوا در اختیار میگذارد. اساساین روش ، مصرف اکسیژن است که منجر به کاهش فشار و کشیده شدن آب به داخلظروف وارونه می شود. قاعدتا این آزمایش باید بیخطر ، سریع و ساده باشد وجذابیت لازم را برای دانشآموزان سالهای اول دبیرستان داشته باشد.

آزمایشاحتراق اتیل الکل ( اتانول ) با اکسیژن هوا برای دانشآموزان قابل فهم وتوسط معلم شیمی قابل توضیح است یا اینکه خود دانشآموزان میتوانند درآزمایشگاه آن را بهدرستی و آسان انجام دهند و از آن لذت ببرند. در اینآزمایش یک فواره بوجود میآید که اثر سیفون کاهش فشار در ظرف وارون مسببآن است (همانند فواره آمونیاک).

هدف آزمایش
تعیین درصد اکسیژن هوا

مواد لازم
بالنهای تهگرد 250 ، 200 ،150 یا 300 میلیلیتری
ارلن 500 میلیلیتری
گیره با یک نوار لاستیکی محکم و پایه آهنی ( حلقه )
در پوش لاستیکی ( نمره 7 )
سوزن تزریق فولادی ضد زنگ ( میلیلیتری)
شیلنگ پلاستیک (به طول 30 سانتیمتر) با یک شیر پلاستیک
لوله شیشهای با شیر تفلونی
یک تکه پنبه
اتیل الکل ( اتانول )
دستگاهها
یکدستگاه ساده با طرح خاص برای تعیین درصد اکسیژن هوا ، با مواد زیر سوارمیشود: ظرف واکنش یک بالن ته گرد وارون است که ورودی آن با یک درپوشلاستیک (نمره 7) بسته میشود. یک سوزن تزریق فولادی ضد زنگ ( میلیمتری )در وسط درپوش لاستیکی قرار داده میشود. سوزن تزریق باید از طریق یک شیرپلاستیکی به شلینگ پلاستیکی به طول 30 سانتیمتر متصل شود.

روش آزمایش
اندازه گیری کمی در صد اکسیژن هوا بهسادگی قابل انجام است. دستور کار کلی به شرح زیر است:



یک تکه پنبه را روی نوک سوزن تزریق که در پوش لاستیکی فرو برده شده است، قرار دهید.


یکیا دو قطره اتانول روی پنبه بریزید (احتیاط: اتانول شدیدا آتشگیر است، لذامطمئن شوید اتانول اضافی در کنار شعله مستقیم وجود نداشته باشد).


شیر روی شیلنگ پلاستیکی را ببندید.


بالن تهگرد (250,200,150 یا 300 میلیلیتری) را وارونه کنید و با یک بند لاستیکی محکم آن را به پایانه آهنی (حلقه) ببندید.


بایک کبریت ، اتانول روی پنبه را آتش بزنید و در پوش لاستیکی را محکم و سریعروی بالن تهگرد وارون مطابق شکل 1 ببندید. پس از چند ثانیه ، هنگامی کهاکسیژن بهطور کامل مصرف شد، فشار در بالن کاهش مییابد و شعله خاموشمیشود.


انتهای شیلنگ پلاستیکی را در یک ارلن 500 میلیلیتریکه 5/3 آن از آب پر شده است، فرو ببرید و سپس شیر روی شیلنگ پلاستیکی راباز کنید.


بلافاصله فواره ای از سر سوزن تزریق میشود تا اینکه فشار داخل و بیرون بالن برابر شود.


حجمآب کشیده در بالن تهگرد وارون را با مدرج کردن استوانه یا از روی تغییراتحجم آب در ارلن پیش و پس از واکنش ، اندازهگیری کنید. این تغییر در سطحآب با مقدار آب کشیده شده به بالن تهگرد برابر است.


پس از اتمام آزمایش ، درصد اکسیژن هوا را تعیین کنید.



نتایج و توضیحات
ایندستگاه و روش کار میتواند یک آزمایش ساده برای اندازهگیری کمی در صداکسیژن هوا فراهم کند، با این فرض که احتراق اتانول همه اکسیژن موجود دربالن را مصرف کند، تغییری که میتواند سودمند باشد، این است که سوزن تزریقرا با یک لوله شیشهای جانشین کنیم و حجم آب ارلن اندازه بگیریم. لولهشیشهای را که در وسط ، دارای یک شیر تفلونی است، بردارید و با استفاده ازیک بند ، یک تکه پنبه روی یکی از دو سر آن قرار دهید. حتما از یک بالنتهگرد بلند استفاده کنید تا وقتی آن را در داخل بالن تهگرد قرارمیدهید، شعله خاموش نشود.

کاهش فشار در بالن تهگرد ، سبب میشودآب از داخل بالون ارلن زیرین همزمان به داخل بالن وارون کشیده شود و فوارهای بوجود آید. نتایج ، حاکی از آن است که حجم آب کشیده شده به داخل بالن(یا تفاوت در حجم آب ارلن پیش و پس از واکنش) با حجم بالن تهگرد نامتناسباست. در صد اکسیژن را از طریق معادلات 1و2 میتوان محاسبه کرد.