Cách tính tỷ trọng của khí

Mật độ của khí có thể được xác định từ trọng lượng phân tử của nó bằng định luật khí lý tưởng. Thật đơn giản, bởi vì chỉ cần biết các biến cần thiết và thực hiện một phép tính đơn giản là đủ.

Đây là các bước cần thiết để tính mật độ của khí:

• Mật độ của một chất khí được định nghĩa là khối lượng của nó trên một đơn vị thể tích. Do đó, nếu biết khối lượng của khí trong một thể tích nhất định, việc tính toán sẽ dễ dàng. Thông thường hai tham số này không được biết trực tiếp, vì vậy cần phải sử dụng định luật khí lý tưởng để hoàn thành phép tính.
• Định luật khí lý tưởng được biểu thị là PV = n RT, trong đó P là áp suất của khí, V là thể tích mà nó chiếm chỗ, n là số mol khí, R là hằng số khí phổ quát và T là nhiệt độ tuyệt đối của nó (đo bằng độ Kelvin, ^hoặc K). Với phương trình này, có thể xác định bất kỳ tham số nào trong số này khi biết phần còn lại.
• Định luật khí lý tưởng gần đúng với hành vi của khí thực và rất hữu ích để xác định các thông số của khí vì nó rất đơn giản; tuy nhiên, chúng ta không được quên rằng đó chỉ là một ước tính gần đúng.

Mật độ khí được tính như thế nào

Mật độ của một chất khí có trọng lượng phân tử 100 g/mol ở 0,5 atm và 27 độ C sẽ là bao nhiêu?

Trước hết, cần phải nhận thấy rằng các đơn vị của các tham số là đồng nhất, chúng tương ứng với cùng một hệ đơn vị và chúng phù hợp với định nghĩa của định luật khí lý tưởng. Mật độ được định nghĩa là khối lượng trên một đơn vị thể tích, nhưng đơn vị có thể là gam trên lít, kilôgam trên mét khối hoặc các đơn vị khác, vì vậy cần phải cẩn thận kiểm tra tính nhất quán của các đơn vị khi tính toán.

Hãy bắt đầu bằng cách xác định định luật khí lý tưởng.

PV=n RT

trong đó P là áp suất của khí, V là thể tích nó chiếm chỗ, n là số mol khí, R là hằng số khí phổ quát (0,0821 L · atm / mol · hoặc K) và T là nhiệt độ tuyệt đối của nó (đo tính bằng độ ^Kelvin ; ^hoặc K).

Chúng ta hãy xem các đơn vị biểu thị hằng số khí phổ quát R. Hằng số này có thể được biểu thị bằng nhiều đơn vị khác nhau, nhưng khi một giá trị với các đơn vị tương ứng của nó được chọn, đơn vị của các tham số khác phải giống nhau. Trong trường hợp này, áp suất phải được biểu thị bằng khí quyển và thể tích tính bằng lít (nhiệt độ phải luôn được biểu thị bằng độ Kelvin, bất kể đơn vị của các biến khác).

Như đã đề cập, để xác định mật độ của khí, cần phải biết khối lượng và thể tích mà nó chiếm. Hãy sử dụng định luật khí lý tưởng để xác định thể tích, theo đó chúng ta xóa thể tích V khỏi phương trình trước:

V = n RT / P

Khi thể tích của khí đã được xác định, chúng ta phải tính khối lượng của nó, có thể được thực hiện từ số mol, được định nghĩa là khối lượng của khí (m) chia cho trọng lượng phân tử của nó (PM):

n = phút / chiều

Nếu chúng ta thay biểu thức này của n vào phương trình của định luật khí lý tưởng trong đó chúng ta đã làm sạch thể tích V, chúng ta thu được:

V = m RT /(PM x P)

Nếu chúng ta chia cả hai số hạng của phương trình cho khối lượng khí (m), chúng ta thu được:

V/m = RT /(PM x P)

Và bằng cách đảo ngược cả hai vế của đẳng thức, mật độ (ρ=m/V) thu được ở vế trái:

m/V = PM x P /(RT)

ρ = PM x P /(RT)

Việc xây dựng lại định luật khí lý tưởng giờ đây cho phép chúng ta xác định mật độ của khí từ dữ liệu chúng ta có: trọng lượng phân tử, áp suất và nhiệt độ. Thay thế các giá trị này, được biểu thị bằng các đơn vị thích hợp, chúng ta sẽ thu được mật độ của khí. Trong trường hợp này, chúng ta chỉ phải chuyển đổi nhiệt độ từ độ C ( ^hoặc C) sang nhiệt độ tuyệt đối ( ^hoặc K) (chuyển đổi chính xác sang nhiệt độ tuyệt đối có được bằng cách thêm 273,15 vào nhiệt độ tính bằng độ C; trong trường hợp này, chúng ta tính gần đúng thuật ngữ chuyển đổi thành 273),

27 ^o C + 273 = 300 ^o K

và thay các giá trị vào phương trình ta được

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

và giá trị của mật độ ρ mà chúng ta thu được là:

ρ = 2,03g/l

Làm thế nào để chúng ta biết nếu chúng ta đang làm việc với một loại khí lý tưởng?

Định luật khí lý tưởng mô tả chính xác hành vi lý tưởng của khí và có thể được áp dụng cho khí thực trong một số tình huống nhất định. Khi các tham số của một loại khí thực có thể được mô tả bằng định luật khí lý tưởng, người ta nói rằng loại khí này, trong những điều kiện đó, hoạt động giống như một loại khí lý tưởng. Nói chung, khí thực hoạt động giống như khí lý tưởng ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp. Khi cả áp suất và nhiệt độ đều tăng, tương tác giữa các phân tử khí tăng lên, khiến hành vi của chúng lệch khỏi lý tưởng.

Người giới thiệu

• https://www.herramientasingenieria.com/onlinecalc/spa/densidad-gases-ideales/densidad-gases-ideales.html Truy cập ngày 08/03/2022. Máy tính mật độ khí.
• http://www.valvias.com/prontuario-propiedades-materiales-densidad-gases.php Truy cập ngày 08/03/2022. Bảng mật độ khí.