Hur man beräknar densiteten för en gas

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


En gass densitet kan bestämmas utifrån dess molekylvikt med hjälp av den ideala gaslagen. Det är enkelt, eftersom det räcker att känna till de variabler som behövs och att göra en enkel beräkning.

Dessa är stegen som behövs för att beräkna densiteten hos en gas:

  • En gass densitet definieras som dess massa per volymenhet. Därför, om massan av gasen i en given volym är känd, är beräkningen enkel. Vanligtvis är dessa två parametrar inte kända direkt, så det är nödvändigt att använda den ideala gaslagen för att slutföra beräkningen.
  • Den ideala gaslagen uttrycks som PV = n RT, där P är gasens tryck, V är volymen den upptar, n är antalet mol gas, R är den universella gaskonstanten och T är dess absoluta temperatur (mätt i grader Kelvin eller K). Med denna ekvation är det möjligt att bestämma vilken som helst av dessa parametrar genom att veta resten.
  • Den ideala gaslagen är en approximation av verkliga gasers beteende, och det är mycket användbart att bestämma parametrarna för gaser eftersom det är väldigt enkelt; vi får dock inte glömma att det bara är en uppskattning.

Hur gasdensiteten beräknas

Vad skulle densiteten vara för en gas med molekylvikten 100 g/mol vid 0,5 atm och 27 grader Celsius?

Först och främst måste det observeras att enheterna för parametrarna är homogena, att de motsvarar samma system av enheter och att de är i enlighet med definitionen av den ideala gaslagen. Densitet definieras som massa per volymenhet, men enheterna kan vara gram per liter, kilogram per kubikmeter eller andra, så man måste vara noga med att kontrollera enhetligheten på enheterna vid beräkning.

Låt oss börja med att definiera den ideala gaslagen.

PV=n RT

där P är gasens tryck, V är volymen den upptar, n är antalet mol gas, R är den universella gaskonstanten (0,0821 L · atm / mol · eller K) och T är dess absoluta temperatur (mätt i grader Kelvin ; eller K).

Låt oss titta på enheterna som den universella gaskonstanten R uttrycks i. Denna konstant kan uttryckas i olika enheter, men när ett värde med dess motsvarande enheter väl har valts måste enheterna för de andra parametrarna vara desamma. I detta fall måste trycket uttryckas i atmosfärer och volymen i liter (temperaturen måste alltid uttryckas i grader Kelvin, oavsett enheterna för de andra variablerna).

Som redan nämnts, för att bestämma gasens densitet, är det nödvändigt att känna till massan och volymen den upptar. Låt oss använda den ideala gaslagen för att bestämma volymen, för vilken vi rensar volymen V från föregående ekvation:

V = n RT/P

När gasens volym har bestämts måste vi beräkna dess massa, vilket kan göras från antalet mol, vilket definieras som massan av gasen (m) dividerat med dess molekylvikt (PM):

n = m/PM

Om vi ​​ersätter detta uttryck av n i ekvationen för den ideala gaslagen där vi har nollställt volymen V får vi:

V = m RT /(PM x P)

Om vi ​​dividerar båda termerna i ekvationen med gasens massa (m) får vi:

V/m = RT /(PM x P)

Och genom att invertera båda termerna för likheten erhålls densiteten (ρ=m/V) i den vänstra termen:

m/V = PM x P /(RT)

ρ = PM x P /(RT)

Omformuleringen av den ideala gaslagen tillåter oss nu att bestämma gasens densitet från de data vi har: molekylvikten, trycket och temperaturen. Genom att ersätta dessa värden, uttryckta i lämpliga enheter, kommer vi att få gasens densitet. I det här fallet behöver vi bara omvandla temperaturen från grader Celsius ( eller C) till absolut temperatur ( eller K) (den exakta omvandlingen till absolut temperatur erhålls genom att lägga till 273,15 till temperaturen i grader Celsius; i det här fallet approximerar vi termen av konvertering till 273),

27 o C + 273 = 300 o K

och ersätt värdena i ekvationen vi fick

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

och värdet på densiteten ρ som vi får är:

ρ = 2,03 g/l

Hur vet vi om vi arbetar med en idealisk gas?

Den ideala gaslagen beskriver exakt det ideala beteendet hos gaser och kan tillämpas på verkliga gaser i vissa situationer. När parametrarna för en verklig gas kan beskrivas med idealgaslagen, sägs det att denna gas, under dessa förhållanden, beter sig som en idealgas. I allmänhet beter sig riktiga gaser som ideal vid lågt tryck och låg temperatur. När både trycket och temperaturen ökar ökar interaktionen mellan gasmolekylerna, vilket gör att deras beteende avviker från idealet.

Referenser

-Annons-

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

Artículos relacionados

Vad betyder LD50?

vad är borax