Chemistry Labs

問題 1

1894年、Rayleigh卿は化学的に調製した窒素(一定容器での平均質量2.2990 g)が OX2\ce{O2} を除いた「大気窒素」(2.3102 g)より軽いことを15.0 \°C、1.013×1051.013 \times 10^{5} Paで発見した。差は後にアルゴンの存在によるとされた。(a) 容器の体積と大気窒素中のArのモル分率を求めよ。(b) Ramsayはクレーベ石からヘリウムを単離し、587.7 nm の D3_3 線を放つ。光子エネルギーを計算し、He軌道図で対応する遷移(答:許容遷移のうち最大エネルギーの 3d \→ 2p)と、ウラン鉱物中のHe(α\alpha崩壊)および岩石中のAr(X40X2240K\ce{^{40}K} の電子捕獲/陽電子崩壊)を生じる核過程を特定せよ。(c) 15.0 \°C、大気圧で密度 0.850±0.005 kg m−30.850 \pm 0.005\ \text{kg m}^{-3} の未知気体中の音は f=3520f = 3520 Hz で λ=0.116\lambda = 0.116 m であり、vs=fλ=γRT/Mv_s = f\lambda = \sqrt{\gamma RT/M}。MM と γ\gamma を求め、HCl, HF, Ne, Ar のうちどれかを特定せよ。
ステップ 1/4: 純窒素から容器体積
n(NX2)=2.299028.02=8.205×10−2 mol;V=nRTp=8.205×10−2×8.314×288.151.013×105=1.940×10−3 m3n(\ce{N2}) = \dfrac{2.2990}{28.02} = 8.205 \times 10^{-2}\ \text{mol};\quad V = \dfrac{nRT}{p} = \dfrac{8.205 \times 10^{-2} \times 8.314 \times 288.15}{1.013 \times 10^{5}} = 1.940 \times 10^{-3}\ \text{m}^3
分析

化学窒素は純粋な NX2\ce{N2}(M=28.02M = 28.02 g mol−1^{-1})。T=288.15T = 288.15 K の理想気体法則より V=1.940×10−3V = 1.940 \times 10^{-3} m3^3(約2 dm3^3)。