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気体の密度は、理想気体の法則を使用して分子量から決定できます。必要な変数を知り、簡単な計算を実行するだけで十分なので、簡単です。
これらは、ガスの密度を計算するために必要な手順です。
- 気体の密度は、単位体積あたりの質量として定義されます。したがって、ある体積に含まれる気体の質量がわかっていれば、計算は簡単です。通常、これら 2 つのパラメータは直接的にはわからないため、計算を完了するには理想気体の法則を使用する必要があります。
- 理想気体の法則は、PV = n RT で表されます。ここで、P は気体の圧力、V は気体が占める体積、n は気体のモル数、R は普遍気体定数、T は気体の絶対温度です。 (度ケルビン、またはK で測定)。この方程式を使用すると、これらのパラメーターの残りを知っている任意のパラメーターを決定することができます。
- 理想気体の法則は、実在気体の挙動の近似であり、非常に単純であるため、気体のパラメーターを決定するのに非常に役立ちます。ただし、これは概算にすぎないことを忘れてはなりません。
ガス密度の計算方法
0.5 気圧、摂氏 27 度での分子量 100 g/mol の気体の密度は?
まず第一に、パラメータの単位が均一であり、同じ単位系に対応し、理想気体の法則の定義に従っていることに注意する必要があります。密度は単位体積あたりの質量として定義されますが、単位はリットルあたりのグラム、立方メートルあたりのキログラムなどである可能性があるため、計算時には単位の一貫性を確認するように注意する必要があります。
理想気体の法則を定義することから始めましょう。
PV=n RT
ここで、P は気体の圧力、V は気体が占める体積、n は気体のモル数、R は普遍気体定数 (0.0821 L · atm / mol · または K)、T はその絶対温度 (測定された度ケルビン;またはK)。
普遍気体定数 R が表される単位を見てみましょう. この定数はさまざまな単位で表すことができますが、対応する単位を持つ値が選択されると、他のパラメータの単位は同じでなければなりません. この場合、圧力は大気圧で、体積はリットルで表す必要があります (温度は、他の変数の単位に関係なく、常にケルビンで表す必要があります)。
すでに述べたように、ガスの密度を決定するには、それが占める質量と体積を知る必要があります。理想気体の法則を使用して体積を決定しましょう。そのために、前の方程式から体積 V を消去します。
V = n RT / P
ガスの体積が決定されたら、その質量を計算する必要があります。これは、ガスの質量 (m) を分子量 (PM) で割ったものとして定義されるモル数から行うことができます。
n = m / PM
この n の式を、体積 V をクリアした理想気体の法則の方程式に代入すると、次のようになります。
V = m RT /(PM x P)
方程式の両方の項をガスの質量 (m) で割ると、次のようになります。
V/m = RT /(PM x P)
そして、等式の両方の項を逆にすることにより、左の項で密度 (ρ=m/V) が得られます。
m/V = PM × P /(RT)
ρ = PM × P /(RT)
理想気体の法則の再定式化により、分子量、圧力、温度などのデータから気体の密度を決定できるようになりました。これらの値を適切な単位で代入すると、ガスの密度が得られます。この場合、温度を摂氏(またはC) から絶対温度 (またはK) に変換するだけで済みます(絶対温度への正確な変換は、摂氏の温度に 273.15 を加えることで得られます。この場合、次の用語を概算します)。 273への変換）、
27 ° C + 273 = 300 ° K
得られた式に値を代入します
ρ = (100 g/mol)(0.5 atm) / (0.0821 L atm/mol oK )(300 oK )
得られる密度 ρ の値は次のとおりです。
ρ=2.03g/l
理想気体を扱っているかどうかは、どうすればわかりますか?
理想気体の法則は、気体の理想的な挙動を正確に記述し、特定の状況で実在気体に適用できます。実在気体のパラメータが理想気体の法則で記述できる場合、この気体はその条件下で理想気体のように振る舞うと言われます。一般に、実在気体は低圧および低温で理想のように振る舞います。圧力と温度の両方が上昇すると、ガス分子間の相互作用が増加し、その動作が理想から逸脱します。
参考文献
- https://www.herramientasingenieria.com/onlinecalc/spa/densidad-gases-ideales/densidad-gases-ideales.html 2022 年 3 月 8 日アクセス。ガス密度計算機。
- http://www.valvias.com/prontuario-propiedades-materiales-densidad-gases.php 2022 年 3 月 8 日アクセス。ガス密度表。
