Cum se calculează densitatea unui gaz

Densitatea unui gaz poate fi determinată din greutatea sa moleculară folosind legea gazului ideal. Este simplu, pentru că este suficient să cunoști variabilele de care este nevoie și să faci un calcul simplu.

Aceștia sunt pașii necesari pentru a calcula densitatea unui gaz:

• Densitatea unui gaz este definită ca masa sa pe unitatea de volum. Prin urmare, dacă se cunoaște masa gazului într-un anumit volum, calculul este ușor. De obicei, acești doi parametri nu sunt cunoscuți în mod direct, așa că este necesar să folosiți legea gazelor ideale pentru a finaliza calculul.
• Legea gazului ideal este exprimată ca PV = n RT, unde P este presiunea gazului, V este volumul pe care îl ocupă, n este numărul de moli de gaz, R este constanta universală a gazului și T este temperatura sa absolută. (măsurată în grade Kelvin ^sau K). Cu această ecuație este posibil să se determine oricare dintre acești parametri cunoscând restul.
• Legea gazelor ideale este o aproximare a comportamentului gazelor reale și este foarte utilă determinarea parametrilor gazelor deoarece este foarte simplă; cu toate acestea, nu trebuie să uităm că este doar o aproximare.

Cum se calculează densitatea gazului

Care ar fi densitatea unui gaz cu greutate moleculară 100 g/mol la 0,5 atm și 27 grade Celsius?

În primul rând, trebuie observat că unitățile parametrilor sunt omogene, că corespund aceluiași sistem de unități și că sunt conforme cu definiția legii gazelor ideale. Densitatea este definită ca masă pe unitate de volum, dar unitățile pot fi grame pe litru, kilograme pe metru cub sau altele, așa că trebuie avut grijă să verificați consistența unităților la calcul.

Să începem prin a defini legea gazelor ideale.

PV=n RT

unde P este presiunea gazului, V este volumul pe care îl ocupă, n este numărul de moli de gaz, R este constanta universală a gazului (0,0821 L · atm / mol · sau K) și T este temperatura sa absolută (măsurată în grade ^Kelvin ; ^sau K).

Să ne uităm la unitățile în care se exprimă constanta universală a gazelor R. Această constantă poate fi exprimată în diverse unități, dar odată ce este aleasă o valoare cu unitățile ei corespunzătoare, unitățile celorlalți parametri trebuie să fie aceleași. În acest caz, presiunea trebuie exprimată în atmosfere, iar volumul în litri (temperatura trebuie exprimată întotdeauna în grade Kelvin, indiferent de unitățile celorlalte variabile).

După cum sa menționat deja, pentru a determina densitatea gazului, este necesar să se cunoască masa și volumul pe care îl ocupă. Să folosim legea gazelor ideale pentru a determina volumul, pentru care ștergem volumul V din ecuația anterioară:

V = n RT / P

Odată ce volumul gazului a fost determinat, trebuie să calculăm masa acestuia, ceea ce se poate face din numărul de moli, care este definit ca masa gazului (m) împărțită la greutatea sa moleculară (PM):

n = m / PM

Dacă înlocuim această expresie a lui n în ecuația legii gazelor ideale în care am curățat volumul V obținem:

V = m RT /(PM x P)

Dacă împărțim ambii termeni ai ecuației la masa gazului (m) obținem:

V/m = RT /(PM x P)

Și inversând ambii termeni ai egalității, se obține densitatea (ρ=m/V) în termenul din stânga:

m/V = PM x P /(RT)

ρ = PM x P /(RT)

Reformularea legii gazelor ideale ne permite acum să determinăm densitatea gazului din datele pe care le avem: greutatea moleculară, presiunea și temperatura. Inlocuind aceste valori, exprimate in unitati corespunzatoare, vom obtine densitatea gazului. În acest caz, trebuie doar să convertim temperatura din grade Celsius ( ^sau C) în temperatură absolută ( ^sau K) (conversia exactă în temperatură absolută se obține prin adăugarea de 273,15 la temperatura în grade Celsius; în acest caz aproximăm termenul de conversie la 273),

27 ^o C + 273 = 300 ^o K

și înlocuiți valorile în ecuația pe care am obținut-o

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

iar valoarea densității ρ pe care o obținem este:

ρ = 2,03g/l

Cum știm dacă lucrăm cu un gaz ideal?

Legea gazelor ideale descrie cu precizie comportamentul ideal al gazelor și poate fi aplicată gazelor reale în anumite situații. Când parametrii unui gaz real pot fi descriși cu legea gazului ideal, se spune că acest gaz, în acele condiții, se comportă ca un gaz ideal. În general, gazele reale se comportă ca niște ideale la presiune scăzută și temperatură scăzută. Pe măsură ce atât presiunea, cât și temperatura cresc, interacțiunea dintre moleculele de gaz crește, determinând comportamentul lor să devieze de la ideal.

Referințe

• https://www.herramientasingenieria.com/onlinecalc/spa/densidad-gases-ideales/densidad-gases-ideales.html Accesat 08/03/2022. Calculator de densitate a gazului.
• http://www.valvias.com/prontuario-propiedades-materiales-densidad-gases.php Accesat 08/03/2022. Tabel cu densitatea gazului.