Как да изчислим плътността на газ

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Плътността на газ може да се определи от неговото молекулно тегло, като се използва законът за идеалния газ. Това е просто, защото е достатъчно да знаете променливите, които са необходими, и да извършите просто изчисление.

Това са стъпките, необходими за изчисляване на плътността на газ:

  • Плътността на газ се определя като неговата маса на единица обем. Следователно, ако е известна масата на газа в даден обем, изчислението е лесно. Обикновено тези два параметъра не са известни директно, така че е необходимо да се използва законът за идеалния газ, за ​​да завърши изчислението.
  • Законът за идеалния газ се изразява като PV = n RT, където P е налягането на газа, V е обемът, който заема, n е броят молове газ, R е универсалната газова константа и T е неговата абсолютна температура (измерено в градуси Келвин или K). С това уравнение е възможно да се определи всеки от тези параметри, като се знаят останалите.
  • Законът за идеалния газ е приближение до поведението на реалните газове и е много полезно да се определят параметрите на газовете, защото е много просто; но не трябва да забравяме, че това е само приблизително.

Как се изчислява плътността на газа

Каква би била плътността на газ с молекулно тегло 100 g/mol при 0,5 atm и 27 градуса по Целзий?

На първо място, трябва да се отбележи, че единиците на параметрите са хомогенни, че съответстват на една и съща система от единици и че са в съответствие с определението на закона за идеалния газ. Плътността се определя като маса на единица обем, но единиците могат да бъдат грамове на литър, килограми на кубичен метър или други, така че трябва да се внимава да се провери последователността на единиците, когато се изчислява.

Нека започнем с дефинирането на закона за идеалния газ.

PV=n RT

където P е налягането на газа, V е обемът, който заема, n е броят молове газ, R е универсалната газова константа (0,0821 L · atm / mol · или K) и T е неговата абсолютна температура (измерена в градуси Келвин ; или K).

Нека да разгледаме единиците, в които е изразена универсалната газова константа R. Тази константа може да бъде изразена в различни единици, но след като бъде избрана стойност със съответните й единици, единиците на другите параметри трябва да бъдат еднакви. В този случай налягането трябва да бъде изразено в атмосфери, а обемът в литри (температурата винаги трябва да бъде изразена в градуси Келвин, независимо от единиците на другите променливи).

Както вече споменахме, за да се определи плътността на газа, е необходимо да се знае масата и обема, който заема. Нека използваме закона за идеалния газ, за ​​да определим обема, за който изчистваме обема V от предишното уравнение:

V = n RT / P

След като обемът на газа бъде определен, трябва да изчислим неговата маса, което може да се направи от броя на моловете, който се определя като масата на газа (m), разделена на неговото молекулно тегло (PM):

n = m / PM

Ако заместим този израз на n в уравнението на закона за идеалния газ, в който сме изчистили обема V, получаваме:

V = m RT /(PM x P)

Ако разделим двата члена на уравнението на масата на газа (m), получаваме:

V/m = RT /(PM x P)

И чрез обръщане на двата члена на равенството, плътността (ρ=m/V) се получава в левия член:

m/V = PM x P /(RT)

ρ = PM x P /(RT)

Преформулирането на закона за идеалния газ сега ни позволява да определим плътността на газа от данните, които имаме: молекулно тегло, налягане и температура. Замествайки тези стойности, изразени в съответните единици, ще получим плътността на газа. В този случай трябва само да преобразуваме температурата от градуси по Целзий ( или C) в абсолютна температура ( или K) (точното преобразуване в абсолютна температура се получава чрез добавяне на 273,15 към температурата в градуси по Целзий; в този случай ние приближаваме термина на преобразуване в 273),

27 o C + 273 = 300 o K

и заместваме стойностите в уравнението, което получихме

ρ = (100 g/mol)(0,5 atm) / (0,0821 L atm/mol oK )(300 oK )

и стойността на плътността ρ, която получаваме, е:

ρ = 2,03g/l

Как да разберем дали работим с идеален газ?

Законът за идеалния газ описва точно идеалното поведение на газовете и може да се приложи към реални газове в определени ситуации. Когато параметрите на реален газ могат да бъдат описани със закона за идеалния газ, се казва, че този газ при тези условия се държи като идеален газ. Като цяло, реалните газове се държат като идеални при ниско налягане и ниска температура. Тъй като както налягането, така и температурата се увеличават, взаимодействието между газовите молекули се увеличава, което води до отклонение в поведението им от идеалното.

Препратки

mm
Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
(Doctor en Ingeniería) - COLABORADOR. Divulgador científico. Ingeniero físico nuclear.

Artículos relacionados