3 spôsoby merania hustoty plynov

Hustota je definovaná ako množstvo hmotnosti prítomnej v danom objeme. V prípade pevných látok a kvapalín je toto meranie pomerne jednoduché. Plyny však mimoriadne citlivo reagujú na teplotu a tlak (viac ako tuhé látky alebo kvapaliny), čo môže spôsobiť pomerne rýchlu zmenu ich hustoty. Ukážeme vám, ako experimentálne zistiť hustotu plynu, pričom zohľadníme citlivosť na teplotu a tlak. Potom si prejdeme vzorec na výpočet teoretickej hustoty plynu, pričom použijeme zákon ideálneho plynu na zohľadnenie všetkých premenných.

Metóda 1 z 3:Experimentálne určenie hustoty plynu


Naplňte balónik. Balónik je určený na nafukovanie plynom, čo z neho robí ideálnu nádobu, do ktorej môžete uložiť pevné množstvo plynu. Balónik môžete naplniť vzduchom pomocou čerpadla alebo môžete zvoliť iný druh plynu, napríklad hélium alebo dusík. Po naplnení balóna zviažte jeho koniec, aby neunikol žiadny plyn.


Balónik úplne ponorte do priehľadnej nádoby. Potom balónik ponorte do nádoby s vodou. Balónik spôsobí zvýšenie hladiny vody. Označte novú výšku vody a odstráňte balónik.


Zmerajte množstvo vytlačenej vody. Použite merací prístroj (napr.g., pohár alebo kadičku), aby ste odmerali množstvo vody potrebné na naplnenie nádoby po značku (bez balónika vo vode). Pomaly nalievajte. Ak vylejete príliš veľa, budete musieť začať odznova. Objem balónika sa rovná objemu vody, ktorú pridáte. Zaznamenajte si túto hodnotu na neskoršie použitie ako V.

  • Čas môžete ušetriť ponorením balónika do veľkej kadičky alebo inej vopred odmeranej nádoby. Potom môžete vynechať pridanie akejkoľvek vody a jednoducho odčítať objem vody od objemu vody a balónika.


Odvážte balónik naplnený plynom. Balónik môžete odvážiť pomocou citlivej váhy. Elektrické váhy sú zvyčajne na toto použitie najlepšie. Zaznamenajte hmotnosť balónika naplneného plynom na neskoršie použitie ako mGB.

  • Ak balónik plníte plynom, ktorý je ľahší ako vzduch, budete musieť odobrať váhu pred a po naplnení balónika, aby ste určili množstvo použitého plynu.


Zistite hmotnosť prázdneho balónika. Urobte do balónika otvor. To umožní únik plynu. Balón opäť odvážte a hmotnosť prázdneho balóna zapíšte ako mB.


Urobte výpočty. Teraz, keď máte dostatok údajov, môžete vypočítať hustotu plynu vo vnútri balóna. Odpočítajte hmotnosť prázdneho balóna, mB, z hmotnosti plného balóna, mGB. Tým získate hmotnosť samotného plynu, mG. Hmotnosť plynu vydeľte mG, objemom V plynu, aby sme zistili hustotu plynu DG.

  • mGB – mB = mG
    • Napríklad, ak má plný balón hmotnosť 1 kg a prázdny balón má hmotnosť 0.5 kg, hmotnosť plynu (mG) by sa našiel pomocou: 1 kg – 0.5 kg = 0.5 kg.
  • mG / V = DG
    • Napríklad, ak balón vytlačil 1 l vody, hustotu možno zistiť vydelením hmotnosti týmto objemom: 500 g / 1 L = 500 g/L

Metóda 2 z 3:Zistenie teoretickej hustoty plynu


Pochopte zákon ideálneho plynu. Mali by ste vedieť, že zákon ideálneho plynu je teoretický nástroj, ktorý upravuje správanie plynov za určitých podmienok. Môžete to zhrnúť do rovnice PV=nRT. To jednoducho znamená, že tlak (P) vynásobený objemom (V) sa rovná počtu molov (n) krát konštanta ideálneho plynu (R) krát absolútna teplota (T) pre ideálny plyn. [1]

  • Jeden mol (n) sa rovná 6.022*10^23 molekúl plynu.
  • Konštanta ideálneho plynu (R) je 0.0821 L-atm/mol-K.
  • Absolútna teplota sa meria v Kelvinoch (K).


Predpokladajte štandardnú teplotu a tlak. Štandardná teplota a tlak alebo STP je definovaná ako 273 K (32 °F) ( 0 °C) a 1 štandardná atmosféra (1.0 bar). Za predpokladu, že STP umožňuje vypočítať objem 1 mólu akéhokoľvek plynu na 22.414 litrov. Znalosť tohto objemu bude nevyhnutná na zistenie hustoty vášho plynu.[2]


Nájdite molárnu hmotnosť plynu. Keďže používate STP a predpokladáte jeden mól plynu, zistenie molárnej hmotnosti bude jednoduché. Sčítaním molárnych hmotností všetkých jednotlivých atómov, ktoré tvoria plyn, zistíte molárnu hmotnosť plynu. Hmotnosti atómov nájdete v periodickej tabuľke.[3]

  • Napríklad zistenie molárnej hmotnosti H2O plynu by znamenalo sčítanie hmotností 2 vodíkov a 1 kyslíka. Výsledná molárna hmotnosť by bola 18 g/mol (1 g/mol + 1 g/mol + 16 g/mol).


Vypočítajte hustotu plynu. Hoci objem a móly plynu sú v týchto výpočtoch fixné, molárna hmotnosť je pre každý plyn iná. To znamená, že aj hustota bude pre každý plyn iná. Ak chcete zistiť hustotu daného plynu, vydeľte molárnu hmotnosť plynu molárnym objemom (22.4 l/mol v tomto prípade).[4]

  • Ak by ste napríklad hľadali hustotu vodnej pary, vydelili by ste 18 g/mol číslom 22.4 l/mol, čím získate 0.804 g/l. To znamená: 18 g/mol / 22.4 l/mol = 0.804 g/l.

Metóda 3 z 3:Zistenie teoretickej hustoty zmesi plynov


Poznajte frakčný rozklad zmesi plynov. Ak ste zmiešali dva alebo viac plynov, musíte vedieť, koľko každého plynu je prítomného. Toto sa vykonáva na percentuálnom základe. To vám umožňuje poznať pomery zmesi bez ohľadu na to, koľko plynu je celkovo prítomné.[5]

  • Napríklad, ak by ste mali zmes 75 % CO2 (oxid uhličitý) a 25 % H2O (voda), tieto pomery by sa nezmenili bez ohľadu na to, či máte 1 L alebo 1 000 L plynu.


Zistite hmotnosť jedného mólu. Ak poznáte pomer plynov, môžete zistiť molárnu hmotnosť vašej zmesi. Budete musieť zistiť molárnu hmotnosť každého plynu a vynásobiť ju jeho percentuálnym zložením v zmesi. Potom spočítajte všetky produkty a zistite molárnu hmotnosť zmesi plynov.[6]

  • Napríklad zistíte molárnu hmotnosť CO2 (44 g/mol) a vynásobte ju číslom 0.75. Ďalej by ste zistili molárnu hmotnosť H2O (18 g/mol) a vynásobte ju číslom 0.25. Keď tieto súčiny spočítate, dostanete 33 g/mol + 4.5 g/mol, dostanete molárnu hmotnosť vašej zmesi. V tomto prípade je molárna hmotnosť 37.5 g/mol.

  • Vydelte objemom. Po stanovení molárnej hmotnosti zmesi je zistenie hustoty plynu jednoduchým výpočtom. Vydelte molárnu hmotnosť štandardným objemom (22.4 l/mol). Nezabudnite, že predpokladáte STP a 1 mol plynu.[7]

    • Napríklad hustota zmesi 75 % oxidu uhličitého a 25 % vody by bola
      37.5g/mol/22.4L/mol=1.67g/L{\\displaystyle 37.5g/mol/22.4L/mol=1.67g/L}

      .

    • Pri výpočtoch musíte použiť vzorec pre zákon ideálneho plynu, ak plyn nie je pri STP (PV=nRT).
  • Odkazy