Bir Gazın Yoğunluğu Nasıl Hesaplanır?

Bir gazın yoğunluğu, ideal gaz yasası kullanılarak molekül ağırlığından belirlenebilir. Basittir, çünkü ihtiyaç duyulan değişkenleri bilmek ve basit bir hesaplama yapmak yeterlidir.

Bir gazın yoğunluğunu hesaplamak için gereken adımlar şunlardır:

• Bir gazın yoğunluğu, birim hacim başına kütlesi olarak tanımlanır. Bu nedenle, belirli bir hacimdeki gazın kütlesi biliniyorsa, hesaplama kolaydır. Genellikle bu iki parametre doğrudan bilinmez, bu nedenle hesaplamayı tamamlamak için ideal gaz yasasını kullanmak gerekir.
• İdeal gaz yasası PV = n RT şeklinde ifade edilir, burada P gazın basıncı, V kapladığı hacim, n gazın mol sayısı, R evrensel gaz sabiti ve T mutlak sıcaklığıdır (Kelvin ^veya K cinsinden ölçülür ). Bu denklemle, gerisini bilerek bu parametrelerden herhangi birini belirlemek mümkündür.
• İdeal gaz yasası, gerçek gazların davranışına bir yaklaşımdır ve çok basit olduğu için gazların parametrelerini belirlemek çok yararlıdır; ancak, bunun sadece bir tahmin olduğunu unutmamalıyız.

Gaz Yoğunluğu Nasıl Hesaplanır?

Moleküler ağırlığı 100 g/mol olan bir gazın 0,5 atm’de ve 27 santigrat derecede yoğunluğu ne olur?

Öncelikle parametrelerin birimlerinin homojen olmasına, aynı birim sistemine karşılık gelmesine ve ideal gaz yasasının tanımına uygun olmasına dikkat edilmelidir. Yoğunluk birim hacim başına kütle olarak tanımlanır, ancak birimler litre başına gram, metreküp başına kilogram veya diğerleri olabilir, bu nedenle hesaplama yaparken birimlerin tutarlılığını kontrol etmek için özen gösterilmelidir.

İdeal gaz yasasını tanımlayarak başlayalım.

PV=n RT

P gazın basıncı, V kapladığı hacim, n gazın mol sayısı, R evrensel gaz sabiti (0,0821 L · atm / mol · veya K) ve T mutlak sıcaklığıdır (ölçülen derece ^Kelvin ; ^veya K).

Evrensel gaz sabiti R’nin ifade edildiği birimlere bakalım, bu sabit çeşitli birimlerle ifade edilebilir, ancak karşılık gelen birimleriyle bir değer seçildiğinde, diğer parametrelerin birimleri aynı olmalıdır. Bu durumda, basınç atmosfer cinsinden ve hacim litre cinsinden ifade edilmelidir (sıcaklık, diğer değişkenlerin birimlerinden bağımsız olarak her zaman Kelvin derecesi olarak ifade edilmelidir).

Daha önce de belirtildiği gibi, gazın yoğunluğunu belirlemek için kapladığı kütleyi ve hacmi bilmek gerekir . Hacmi belirlemek için ideal gaz yasasını kullanalım, bunun için V hacmini önceki denklemden temizleyelim:

V = n RT / P

Gazın hacmi belirlendikten sonra, gazın kütlesinin (m) moleküler ağırlığına (PM) bölümü olarak tanımlanan mol sayısından yapılabilecek olan kütlesini hesaplamalıyız:

n = m / ÖS

Bu n ifadesini, V hacmini temizlediğimiz ideal gaz yasasının denkleminde yerine koyarsak, şunu elde ederiz:

V = m RT /(PM x P)

Denklemin her iki terimini de gazın kütlesine (m) bölersek şunu elde ederiz:

V/m = RT /(PM x P)

Ve eşitliğin her iki terimi de ters çevrilerek, sol terimde yoğunluk (ρ=m/V) elde edilir:

m/V = PM x P /(RT)

ρ = PM x P /(RT)

İdeal gaz yasasının yeniden formüle edilmesi artık elimizdeki verilerden gazın yoğunluğunu belirlememize izin veriyor: moleküler ağırlık, basınç ve sıcaklık. Uygun birimlerde ifade edilen bu değerleri yerine koyarak, gazın yoğunluğunu elde edeceğiz. Bu durumda , sıcaklığı Celsius derecesinden ( ^veya C) mutlak sıcaklığa ( ^veya K) dönüştürmemiz gerekir (mutlak sıcaklığa tam dönüşüm, sıcaklığa Celsius derece cinsinden 273.15 eklenerek elde edilir; bu durumda, terime yaklaşık olarak yaklaşıyoruz. 273’e dönüştürme),

27 ^o C + 273 = 300 ^o K

ve elde ettiğimiz denklemdeki değerleri yerine koy

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

ve elde ettiğimiz yoğunluk ρ değeri:

ρ = 2,03 g/l

İdeal bir gazla çalışıp çalışmadığımızı nasıl anlarız?

İdeal gaz yasası, gazların ideal davranışını tam olarak tanımlar ve belirli durumlarda gerçek gazlara uygulanabilir. Gerçek bir gazın parametreleri ideal gaz kanunu ile açıklanabildiğinde, bu gazın bu koşullar altında ideal bir gaz gibi davrandığı söylenir. Genel olarak, gerçek gazlar düşük basınçta ve düşük sıcaklıkta ideal gibi davranırlar. Hem basınç hem de sıcaklık arttıkça gaz molekülleri arasındaki etkileşim artar ve davranışlarının idealden sapmasına neden olur.

Referanslar

• https://www.herramientasingenieria.com/onlinecalc/spa/densidad-gases-ideales/densidad-gases-ideales.html Erişim tarihi: 03/8/2022. Gaz yoğunluğu hesaplayıcısı.
• http://www.valvias.com/prontuario-propiedades-materiales-densidad-gases.php Erişim tarihi: 03/8/2022. Gaz yoğunluğu tablosu.