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가스의 밀도는 이상 기체 법칙을 사용하여 분자량에서 결정될 수 있습니다. 필요한 변수를 알고 간단한 계산을 수행하는 것으로 충분하기 때문에 간단합니다.
다음은 기체의 밀도를 계산하는 데 필요한 단계입니다.
- 기체의 밀도는 단위 부피당 질량으로 정의됩니다. 따라서 주어진 부피의 가스 질량을 알고 있으면 계산이 쉽습니다. 일반적으로 이 두 매개변수는 직접 알 수 없으므로 이상 기체 법칙을 사용하여 계산을 완료해야 합니다.
- 이상 기체 법칙은 PV = n RT로 표현됩니다. 여기서 P는 기체의 압력, V는 기체가 차지하는 부피, n은 기체의 몰수, R은 범용 기체 상수, T는 기체의 절대 온도입니다. (켈빈 또는 K로 측정). 이 방정식을 사용하면 나머지를 알고 있는 이러한 매개변수를 결정할 수 있습니다.
- 이상 기체 법칙은 실제 기체의 거동에 대한 근사치이며 매우 간단하기 때문에 기체의 매개변수를 결정하는 데 매우 유용합니다. 그러나 이것은 근사치일 뿐이라는 사실을 잊어서는 안 됩니다.
가스 밀도 계산 방법
0.5 atm 및 섭씨 27도에서 분자량이 100 g/mol인 기체의 밀도는 얼마입니까?
우선, 매개변수의 단위가 균질하고 동일한 단위계에 해당하며 이상 기체 법칙의 정의에 따른다는 점을 관찰해야 합니다. 밀도는 단위 부피당 질량으로 정의되지만 단위는 리터당 그램, 입방미터당 킬로그램 등이 될 수 있으므로 계산할 때 단위의 일관성을 확인해야 합니다.
이상 기체 법칙을 정의하는 것으로 시작하겠습니다.
PV=n RT
여기서 P는 기체의 압력, V는 기체가 차지하는 부피, n은 기체의 몰수, R은 범용 기체 상수(0.0821 L·atm/mol·또는 K), T는 절대 온도(측정된 켈빈 온도 또는 K ) .
보편적인 기체상수 R이 표현되는 단위를 살펴보자 이 상수는 다양한 단위로 표현될 수 있지만 일단 그에 상응하는 단위를 가진 값이 선택되면 다른 매개변수의 단위는 같아야 한다. 이 경우 압력은 기압으로, 부피는 리터로 표시해야 합니다(온도는 다른 변수의 단위와 관계없이 항상 켈빈 온도로 표시해야 함).
이미 언급했듯이 가스의 밀도를 결정하려면 가스가 차지하는 질량과 부피를 알아야 합니다 . 이상 기체 법칙을 사용하여 부피를 결정하고 이전 방정식에서 부피 V를 지웁니다.
V = n RT / P
가스의 부피가 결정되면 가스의 질량(m)을 분자량(PM)으로 나눈 값으로 정의되는 몰수를 통해 질량을 계산해야 합니다.
n = m / 오후
부피 V를 제거한 이상 기체 법칙의 방정식에서 이 n의 표현을 대입하면 다음을 얻습니다.
V = m RT /(PM x P)
방정식의 두 항을 기체의 질량(m)으로 나누면 다음을 얻습니다.
V/m = RT /(PM x P)
등식의 두 항을 반전시켜 왼쪽 항에서 밀도(ρ=m/V)를 구합니다.
m/V = PM x P /(RT)
ρ = PM x P /(RT)
이상 기체 법칙의 재공식화는 이제 우리가 가지고 있는 데이터(분자량, 압력 및 온도)로부터 기체의 밀도를 결정할 수 있게 해줍니다. 적절한 단위로 표현된 이 값을 대입하면 가스의 밀도를 얻을 수 있습니다. 이 경우 온도를 섭씨 ( 또는 C)에서 절대 온도( 또는 K)로 변환하기만 하면 됩니다(절대 온도로의 정확한 변환은 섭씨 온도에 273.15를 더하면 됩니다. 이 경우 용어를 근사화합니다. 273으로 변환),
27oC + 273 = 300oK
우리가 얻은 방정식에 값을 대입하십시오.
ρ = (100g/mol)(0.5atm) / (0.0821L atm/mol oK )( 300oK )
우리가 얻은 밀도 ρ의 값은 다음과 같습니다.
ρ = 2.03g/l
이상 기체로 작업하고 있는지 어떻게 알 수 있습니까?
이상 기체 법칙은 기체의 이상적인 거동을 정확하게 설명하며 특정 상황에서 실제 기체에 적용될 수 있습니다. 실제 기체의 매개변수를 이상 기체 법칙으로 설명할 수 있을 때 이 기체는 이러한 조건에서 이상 기체처럼 거동한다고 합니다. 일반적으로 실제 가스는 낮은 압력과 낮은 온도에서 이상적으로 작동합니다. 압력과 온도가 모두 증가함에 따라 가스 분자 간의 상호 작용이 증가하여 이상에서 벗어나는 거동을 일으킵니다.
참조
- https://www.herramientasingenieria.com/onlinecalc/spa/densidad-gases-ideales/densidad-gases-ideales.html 2022년 3월 8일에 액세스함. 가스 밀도 계산기.
- http://www.valvias.com/prontuario-propiedades-materiales-densidad-gases.php 액세스 2022년 3월 8일. 가스 밀도 표.
