3.1 Σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα

Χημεία Β' Γυμνασίου

3.1 Σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα

Πείραμα 1 - Στεγνό χαρτί

Υλικά: Στεγνό βαμβάκι (ή ένα κομμάτι χαρτί), ένα στενό διαφανές γυάλινο ποτήρι, ζελοτέιπ, ένα μεγάλο πλαστικό μπουκάλι από αναψυκτικό (ή μια λεκάνη), νερό.
Εκτέλεση: Κόψε το μπουκάλι του αναψυκτικού εκεί που αρχίζει να στενεύει και κράτα το κάτω μέρος. Έχεις έτσι ένα βαθύ διαφανές δοχείο. Βάλε νερό μέσα στο δοχείο όχι όμως μέχρι επάνω (ώστε να μην ξεχειλίσει όταν βυθίσεις το ποτήρι μέσα σε αυτό). Βάλε ένα κομμάτι βαμβάκι μέσα στο ποτήρι (ή ένα κομμάτι χαρτί να σφηνώσει στο πάτο του ποτηριού). Πίεσε το βαμβάκι, ώστε να σφηνωθεί ανάμεσα στα τοιχώματα, κοντά στον πάτο του ποτηριού. Για να σφηνωθεί φρόντισε να είναι αρκετό. Αναποδογύρισε το ποτήρι, και κράτησέ το κατακόρυφα. Αν δεν κάθεται το βαμβάκι στη θέση του, όταν αναποδογυρίζεις το ποτήρι, πέρασε από πάνω του ένα κομμάτι σελοτέιπ. (Κόλλησε το σελοτέιπ στο εσωτερικό τοίχωμα του ποτηριού, ώστε να στηρίζεται το βαμβάκι).
Βύθισε το ποτήρι κατακόρυφα, με τα χείλη προς τα κάτω, στο νερό. Μετά βγάλε το ποτήρι πάλι κατακόρυφα (γιατί;). Παρατήρησε το βαμβάκι, πιάσε το με το χέρι σου.
Τι παρατηρούμε: Το βαμβάκι είναι στεγνό.
Ερμηνεία: Μέσα στο ποτήρι υπάρχει αέρας, ο οποίος καταλαμβάνει τον χώρο και δεν αφήνει το νερό να φτάσει στο βαμβάκι.

ΕΚΦΕ Ρεθύμνου

Ύπαρξη αέρα

Πείραμα 2 - Μπουκάλι με τρύπες

Υλικά: Ένα πλαστικό μπουκάλι από αναψυκτικό με το καπάκι του, μια λεκάνη, νερό, ένα μεσαίου μεγέθους καρφί.
Εκτέλεση: Με τη βοήθεια του καρφιού άνοιξε 4 τρύπες στο πλευρικό τοίχωμα του μπουκαλιού, γύρω - γύρω και κοντά στον πάτο. Γέμισε τη λεκάνη με νερό. Κράτησε το μπουκάλι ανοιχτό και όρθιο μέσα στη λεκάνη έτσι ώστε να ακουμπάει στον πάτο της λεκάνης. Άφησέ το λίγη ώρα. Τι θα συμβεί, όταν το βγάλεις από το νερό; Γιατί;
Κράτα πάλι για λίγη ώρα το μπουκάλι όρθιο μέσα στο νερό της λεκάνης. Στη συνέχεια κλείσε το καλά με το καπάκι του και βγάλε το από τη λεκάνη.
Τι παρατηρούμε: Όταν βγάλεις από το νερό το μπουκάλι, κλεισμένο καλά με το καπάκι του, από τις τρύπες του μπουκαλιού δεν τρέχει νερό ή τρέχει λίγο στην αρχή και μετά σταματά. (Αν συνεχίσει να τρέχει νερό από τις τρύπες, ξεβίδωσε το καπάκι του μπουκαλιού, γέμισε το μπουκάλι με νερό μέχρι πάνω και βίδωσε γρήγορα πάλι το καπάκι. Τώρα θα τρέξει λίγο ή και καθόλου, νερό από τις τρύπες και θα σταματήσει. Γιατί;)
Ερμηνεία: Αρχικά όταν κλείσει το καπάκι, ο αέρας που υπάρχει μέσα στο μπουκάλι έχει πίεση ίση με την ατμοσφαιρική. Έτσι, στην επιφάνεια μιας τρύπας η πίεση μέσα στο μπουκάλι (η οποία οφείλεται στο νερό που περιέχει το μπουκάλι και στον εγκλωβισμένο στο μπουκάλι αέρα) είναι μεγαλύτερη από την πίεση έξω από το μπουκάλι (η οποία οφείλεται στον ατμοσφαιρικό αέρα). Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να τρέξει λίγο νερό έξω από το μπουκάλι, οπότε ο εγκλωβισμένος μέσα στο μπουκάλι αέρας απλώνεται σε μεγαλύτερο χώρο και η πίεσή του ελαττώνεται. Τελικά, όταν η πίεση μέσα στο μπουκάλι γίνει ίση με την πίεση έξω από το μπουκάλι, το νερό σταματά να χύνεται.
Σημείωση: 1) Μπορείς να ανοίξεις πολύ εύκολα τρύπες στο μπουκάλι, αν, αφού ζεστάνεις το καρφί στη φλόγα από ένα γκαζάκι, το πιάσεις με μια πένσα (με μονωτικό στις λαβές της) και το πιέσεις, κάθετα προς το τοίχωμα, εκεί που θέλεις να ανοίξεις την τρύπα.
2) Αν χρησιμοποιήσεις μεγάλο μπουκάλι, π.χ. μπουκάλι αναψυκτικού των 1,5 λίτρων με σχετικά λίγο νερό, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να αποτύχεις. Γιατί;

ΕΚΦΕ Ρεθύμνου

Πείραμα 3 - Ποτήρι ανάποδα

Υλικά: Ένα ποτήρι, το 1/4 από ένα φύλλο χαρτιού φωτοτυπίας, νερό, μια λεκάνη.
Εκτέλεση: Γέμισε το ποτήρι με νερό. Γέμισέ το σιγά και προσεχτικά, μέχρι να δεις την επιφάνεια του νερού να είναι πάνω από τα χείλη του ποτηριού. Πίεσε απαλά με την παλάμη το χαρτί πάνω στην επιφάνεια του νερού και κρατώντας εκεί την παλάμη σου αναποδογύρισε το ποτήρι πάνω από την λεκάνη, φωτογραφία 16. Πάρε το χέρι σου, (η λεκάνη χρειάζεται για την περίπτωση αποτυχίας).
Τι παρατηρούμε: Το φύλλο του χαρτιού δεν φεύγει από τα χείλη του ποτηριού και έτσι το νερό δε χύνεται.
Ερμηνεία: Η ατμοσφαιρική πίεση προκαλεί δύναμη στην εξωτερική επιφάνεια του χαρτιού, η οποία συγκρατεί το νερό και το χαρτί.
Σημειώσεις: 1) Προσοχή: το χαρτί να είναι τελείως επίπεδο, σε διαφορετική περίπτωση περνάει αέρας μεταξύ του χαρτιού και της επιφάνειας του νερού, με συνέπεια το νερό να χύνεται. Χαρτί που χρησιμοποιήθηκε ήδη στο πείραμα μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα αν χρησιμοποιηθεί και δεύτερη φορά (έχει παραμορφώσεις) 2) Το χαρτί να μην έχει πολύ μεγαλύτερες διαστάσεις από τις απαιτούμενες να καλύψουν καλά το στόμιο του ποτηριού, σε διαφορετική περίπτωση το χαρτί λυγίζει από το βάρος του και υπάρχει περίπτωση να μπει αέρας ανάμεσα στο χαρτί και την επιφάνεια του νερού.

ΕΚΦΕ Ρεθύμνου

Πείραμα 4 - Μπουκάλι στο ποτήρι

Υλικά: Ένα ποτήρι, ένα μεγάλο πλαστικό μπουκάλι, νερό.
Εκτέλεση: Τοποθέτησε ένα άδειο ποτήρι όρθιο με το στόμιό του προς τα πάνω. Γέμισε το μπουκάλι με νερό και αναποδογύρισέ το πάνω στο ποτήρι, ώστε το στόμιο του μπουκαλιού να είναι μέσα στο ποτήρι. Κράτησε το μπουκάλι σε αυτή τη θέση.
Τι παρατηρούμε: Αρχικά χύνεται λίγο νερό από το μπουκάλι στο ποτήρι και όταν το στόμιο του μπουκαλιού βρεθεί μέσα στο νερό, τότε το νερό σταματάει να χύνεται από το μπουκάλι στο ποτήρι.

Ερμηνεία: Στο οριζόντιο επίπεδο όπου το στόμιο του μπουκαλιού συναντά το νερό μέσα στο ποτήρι, η ατμοσφαιρική πίεση ισούται με την πίεση του νερού που βρίσκεται μέσα στο μπουκάλι και του εγκλωβισμένου στο μπουκάλι αέρα. Σημειώνουμε ότι, στο επίπεδο αυτό, το μεγαλύτερο μέρος της πίεσης μέσα στο μπουκάλι οφείλεται στον εγκλωβισμένο στο μπουκάλι αέρα. Η ατμοσφαιρική πίεση είναι κανονικά ίση με την πίεση που υπάρχει στη βάση 10³³cm στήλης νερού (76 cm στήλης υδραργύρου)

Πείραμα 5 - Παίζοντας με την ατμοσφαιρική πίεση

Υλικά: Ένα ποτήρι, μία μεγάλη λεκάνη, νερό, υπερμαγγανικό κάλιο, πλαστικά γάντια.
Εκτέλεση: Γεμίζουμε την λεκάνη με νερό και προσθέτουμε λίγο υπερμαγγανικό κάλιο για να φαίνεται το νερό.
Βάζουμε το ποτήρι μέσα στην λεκάνη πλάγια για να φύγει όλος ο αέρας και το ανεβάζουμε ώστε το νερό μέσα στο ποτήρι να πάει πιο πάνω από την στάθμη του νερού.

ΕΚΦΕ Ρεθύμνου

Πείραμα 6 - Παίρνοντας το νόμισμα με στεγνά χέρια

Υλικά: Ένα ποτήρι, ένα κερί, ένα κέρμα, ένα πιατάκι, αναπτήρας, νερό, υπερμαγγανικό κάλιο
Εκτέλεση: Σε πλαστικό πιατάκι τοποθετούμε ένα νόμισμα και ένα κερί αναμμένο. Ρίχνουμε λίγο νερό χρωματισμένο με υπερμαγγανικό κάλιο. Καλύπτουμε το κερί με ένα ποτήρι και παρατηρούμε ότι η στάθμη του νερού ανεβαίνει μέσα στο αναποδογυρισμένο ποτήρι.