Ako merať hustotu plynov?

Ak chcete nájsť danú hustotu plynu, vydelte molárnu hmotnosť plynu molárnym objemom (v tomto prípade 22,4 l / mol).

Hustota je definovaná ako množstvo hmoty prítomné v danom objeme. Pre pevné látky a kvapaliny je to celkom jednoduché meranie. Plyny však veľmi dobre reagujú na teplotu a tlak (viac ako pevné látky alebo kvapaliny), čo môže spôsobiť, že sa ich hustota pomerne rýchlo zmení. Ak hustotu určujete experimentálne, budete musieť túto teplotnú a tlakovú citlivosť zohľadniť. Ak máte v úmysle nájsť teoretickú hustotu plynu, budete musieť použiť zákon o ideálnom plyne, aby ste zohľadnili všetky premenné.

Metóda 1 z 3: experimentálne stanovenie hustoty plynu

1

Naplňte balónik. Balón je navrhnutý tak, aby bol nafúknutý plynom, čo z neho robí perfektnú nádobu na uskladnenie fixného množstva plynu. Balón môžete naplniť vzduchom pomocou pumpy, alebo si môžete vybrať iný druh plynu, ako je hélium alebo dusík. Akonáhle je balónik naplnený, koniec zaviažte, aby neunikol plyn.
2

Balón ponorte úplne do priehľadnej nádoby. Potom ponorte balónik do nádoby s vodou. Balón spôsobí zvýšenie hladiny vody. Označte novú výšku vody a odstráňte balónik.
3
Zmerajte množstvo vytesnenej vody. Pomocou odmerného zariadenia (napr. Šálky alebo kadičky) zmerajte množstvo vody potrebné na naplnenie nádoby po značku (bez balónika vo vode). Nalejte pomaly. Ak nalejete príliš veľa, budete musieť začať odznova. Objem balónika sa rovná objemu vody, ktorú pridáte. Zaznamenajte túto hodnotu pre neskoršie použitie ako V.
- Čas môžete ušetriť ponorením balónika do veľkej kadičky alebo inej vopred odmeranej nádoby. Potom môžete vynechať pridávanie akejkoľvek vody a jednoducho odčítať objem vody od objemu vody a balónika.
4
Odvážte plynový balón. Balónik môžete odvážiť pomocou citlivej váhy. Na túto aplikáciu sú zvyčajne najlepšie elektrické váhy. Zaznamenajte hmotnosť plynového balónika pre neskoršie použitie ako m _GB.
- Ak balón plníte plynom, ktorý je ľahší ako vzduch, budete musieť odvážiť odber pred a po naplnení balónika, aby ste určili množstvo použitého plynu.
5

Nájdite hmotnosť prázdneho balóna. Vytvorte dieru v balóne. To umožní úniku plynu. Vážiť balónik znova a zaznamená hmotnosť prázdneho balóna, ako m _B.
6
Vykonajte výpočty. Teraz, keď máte dostatok údajov, môžete vypočítať hustotu plynu vo vnútri balóna. Sa odčíta hmotnosť prázdneho balóna, m _B, z hmotnosti celej balóna, m _GB. To vám dá množstvo plynu sám, m _G. Rozdeľte hmotnosť plynu, m _G, objemom, V, plynu nájsť hustoty plynu, D _G.
- m _GB - m _B = m _G
  - Ak by napríklad plný balón mal hmotnosť 1 kg a prázdny balón mal hmotnosť 0,5 kg, hmotnosť plynu (m _G) by sa zistila ako: 1 kg - 0,5 kg = 0, 5 kg.
- m _G / V = D _G
  - Ak napríklad balón vytlačí 1 liter vody, hustotu je možné nájsť vydelením hmotnosti týmto objemom: 500 g / 1 l = 500 g / l

Ak poznáte pomer svojich plynov, môžete zistiť molárnu hmotnosť svojej zmesi.

Metóda 2 z 3: zistenie teoretickej hustoty plynu

1
Pochopte zákon o ideálnom plyne. Mali by ste vedieť, že zákon o ideálnom plyne je teoretický nástroj, ktorý upravuje správanie plynov za konkrétnych podmienok. Môžete to zhrnúť do rovnice PV = nRT. To jednoducho znamená, že tlak (P) vynásobený objemom (V) sa rovná počtu mólov (n) -krát ideálna plynová konštanta (R) -krát absolútna teplota (T) pre ideálny plyn.
- Mol (n) sa rovná 6022 x 10^23 molekúl plynu.
- Ideálna plynová konštanta (R) je 0,0821 L · atm/mol · K.
- Absolútna teplota sa meria v Kelvinoch (K).
2

Predpokladajte štandardnú teplotu a tlak. Štandardná teplota a tlak alebo STP je definovaná ako 273 K (0°C) (0°C) a 1 štandardná atmosféra (1,0 bar). Za predpokladu, že vám STP umožní vypočítať objem 1 molu akéhokoľvek plynu na 22414 litrov. Vedieť tento objem bude nevyhnutné pre zistenie hustoty vášho plynu.
3
Nájdite molárnu hmotnosť plynu. Pretože používate STP a predpokladáte jeden mol plynu, nájdenie molárnej hmotnosti bude jednoduché. Sčítaním molárnej hmotnosti všetkých jednotlivých atómov, z ktorých sa skladá plyn, zistíte molárnu hmotnosť plynu. Tieto atómovej hmotnosti možno nájsť na periodickej tabuľke.
- Napríklad zistenie molárnej hmotnosti H ₂ O plynu by znamenalo sčítaním hmotnosťou 2 atómy uhlíka a 1 kyslíka. Výsledná molárna hmotnosť by bola 18 g/mol (1 g/mol + 1 g/mol + 16 g/mol).
4
Vypočítajte hustotu plynu. Aj keď je objem a móly plynu v týchto výpočtoch fixné, molárna hmotnosť je pre každý plyn odlišná. To znamená, že hustota bude tiež odlišná pre každý plyn. Ak chcete nájsť danú hustotu plynu, vydelte molárnu hmotnosť plynu molárnym objemom (v tomto prípade 22,4 l / mol).
- Ak by ste napríklad hľadali hustotu vodných pár, vydelíte 18 g/mol 22,4 l/mol, aby ste získali 0,804 g/l. To znamená: 18 g/mol/22,4 l/mol = 0,804 g/l.

Móly plynu v týchto výpočtoch fixné — Aj keď je objem a móly plynu v týchto výpočtoch fixné, molárna hmotnosť je pre každý plyn odlišná.

Metóda 3 z 3: zistenie teoretickej hustoty zmesi plynov

1
Poznáte zlomkové rozdelenie zmesi plynov. Ak ste zmiešali dva alebo viac plynov, budete potrebovať vedieť, koľko každého plynu je prítomného. To sa robí v percentách. To vám umožní poznať pomery zmesi bez ohľadu na to, koľko plynu je celkovo prítomné.
- Ak by ste napríklad mali zmes 75% CO ₂ (oxid uhličitý) a 25% H ₂ O (voda), tieto pomery by sa nezmenili, či máte 1 liter alebo 1000 litrov plynu.
2
Nájdite hmotnosť jedného krtka. Ak poznáte pomer svojich plynov, môžete zistiť molárnu hmotnosť svojej zmesi. Budete musieť nájsť molárnu hmotnosť každého plynu a vynásobiť ho jeho percentuálnym zložením v zmesi. Potom zmiešajte všetky produkty, aby ste zistili molárnu hmotnosť zmesi plynov.
- Zistíte napríklad molárnu hmotnosť CO ₂ (44 g/mol) a vynásobíte 0,75. Ďalej si nájde mólová hmotnosť H ₂ O (18 g / mol), a to tým, násobiť 0,25. Keď spojíte tieto produkty, 33 g/mol + 4,5 g/mol, získate molárnu hmotnosť svojej zmesi. V tomto prípade je molárna hmotnosť 37,5 g/mol.
3
Rozdelte podľa hlasitosti. Akonáhle je pre vašu zmes stanovená molárna hmotnosť, zistenie hustoty plynu je jednoduchý výpočet. Molárna hmotnosť sa vydelí štandardným objemom (22,4 l/mol). Nezabudnite, že predpokladáte STP a 1 mol plynu.
- Napríklad hustota zmesi 75% oxidu uhličitého a 25% vody by bola $37,5 g/mol/22,4 l/mol = 1,67 g/l$ .
- Ak plyn nie je na STP (PV = nRT), musíte na svoje výpočty použiť vzorec zákona o ideálnom plyne.

Akonáhle je pre vašu zmes stanovená molárna hmotnosť, zistenie hustoty plynu je jednoduchý výpočet.

Tipy

Predtým, ako pristúpite k ďalšiemu, dvakrát skontrolujte všetky výpočty.
Nezabudnite, že teoretické výpočty robia prísne predpoklady o podmienkach plynu.
Stačí si zapamätať jeden vzorec: PV = nRT. Na nájdenie ďalších vlastností môžete použiť variáciu rovnakého vzorca. Na nájdenie zväzku napríklad použite V = nRT/P.

Varovania

Pri základnom zariadení bude mať meranie hustoty plynu pravdepodobne významnú chybu. To je v poriadku pre akademické aplikácie, ale malo by sa to vziať do úvahy pre aplikácie, ktoré vyžadujú presnejšie výsledky (napr. Priemyselné aplikácie).

Prečítajte si tiež: Ako sa dozvedieť o chémii atómu vodíka?