Hur mäter man gasernas densitet?

Dela gasens molära massa med molvolymen (22,4 L / mol i detta fall) — För att hitta en given gastäthet, dela gasens molära massa med molvolymen (22,4 L / mol i detta fall).

Densitet definieras som mängden massa närvarande i en given volym. För fasta ämnen och vätskor är detta en ganska enkel mätning. Emellertid är gaser extremt känsliga för temperatur och tryck (mer än fasta ämnen eller vätskor), vilket kan orsaka att deras densiteter ändras ganska snabbt. Om du bestämmer densiteten experimentellt måste du ta hänsyn till denna temperatur och tryckkänslighet. Om du tänker hitta den gasens teoretiska densitet, måste du använda den ideala gaslagen för att ta hänsyn till alla variabler.

Metod 1 av 3: bestämma gasens densitet experimentellt

1

Fyll en ballong. En ballong är konstruerad för att pumpas upp av gas, vilket gör det till det perfekta fartyget för dig att lagra en fast mängd gas. Du kan fylla luften med luft med hjälp av en pump, eller så kan du välja en annan typ av gas som helium eller kväve. När ballongen är fylld, binda av änden så att ingen gas kommer ut.
2

Sänk ner ballongen helt i en klar behållare. Sänk sedan ner ballongen i en behållare med vatten. Ballongen kommer att få vattennivån att stiga. Markera vattenets nya höjd och ta bort ballongen.
3
Mät mängden förskjuten vatten. Använd ett mätinstrument (t.ex. en kopp eller en bägare) för att mäta mängden vatten som behövs för att fylla behållaren till markeringen (utan ballongen i vattnet). Häll långsamt. Om du häller för mycket måste du börja om. Ballongens volym är lika med volymen på vattnet du tillsätter. Registrera detta värde för senare användning som V.
- Du kan spara tid genom att sänka ner ballongen i en stor bägare eller annan förutmätt behållare. Sedan kan du hoppa över att lägga till vatten och helt enkelt subtrahera volymen av vattnet från volymen av vattnet och ballongen.
4
Väg den gasfyllda ballongen. Du kan väga ballongen med en känslig skala. Elektriska vågar är vanligtvis bäst för denna applikation. Registrera vikten på den gasfyllda ballongen för senare användning som m _GB.
- Om du fyller ballongen med en gas som är lättare än luft måste du väga tagningen före och efter att du har fyllt ballongen för att bestämma mängden gas som används.
5

Hitta massan av den tomma ballongen. Peka ett hål i ballongen. Detta gör att gasen kan fly. Väg ballongen igen och registrera vikten av den tomma ballongen som m _B.
6
Gör beräkningarna. Nu när du har tillräckligt med data kan du beräkna gasens densitet inuti ballongen. Subtrahera vikten på den tomma ballongen, m _B, från vikten på hela ballongen, m _GB. Detta kommer att ge dig massa gas ensam, m _G. Dividera massan hos gasen, m _G, med volymen, V, av gasen för att hitta densiteten hos gasen, D _G.
- m _GB - m _B = m _G
  - Till exempel, om hela ballongen hade en massa på 1 kg och den tomma ballongen hade en massa på 0,5 kg, skulle massan av gasen (m _G) hittas av: 1 kg - 0,5 kg = 0, 5 kg.
- m _G / V = D _G
  - Till exempel, om ballongen förskjutit 1 liter vatten, kunde densiteten hittas genom att dela massan med den volymen: 500 g / 1 liter = 500 gram / liter

Genom att känna till förhållandet mellan dina gaser kan du hitta molmassan för din blandning.

Metod 2 av 3: hitta den teoretiska densiteten för en gas

1
Förstå den ideala gaslagen. Du bör veta att Ideal Gas Law är ett teoretiskt verktyg som styr gasernas beteende under specifika förhållanden. Du kan sammanfatta det i ekvationen PV = nRT. Detta betyder helt enkelt att tryck (P) multiplicerat med volym (V) är lika med antalet mol (n) gånger Idealgaskonstanten (R) gånger den absoluta temperaturen (T) för en idealgas.
- En mol (n) är lika med 6022 * 10 ^ 23 molekyler av gas.
- Den ideala gaskonstanten (R) är 0,0821 L · atm / mol · K.
- Absolut temperatur mäts i Kelvins (K).
2

Antag standardtemperatur och tryck. Standardtemperatur och tryck, eller STP, definieras som 273 K (0°C) (0°C) och 1 standardatmosfär (1,0 bar). Förutsatt att STP låter dig beräkna volymen på 1 mol av varje gas till 22414 liter. Att känna till denna volym är avgörande för att hitta densiteten på din gas.
3
Hitta gasens molära massa. Eftersom du använder STP och antar en mol gas kommer det att vara lätt att hitta molmassan. Lägg till molmassan för alla enskilda atomer som utgör gasen för att hitta molmassan för gasen. De atommassan kan hittas på periodiska systemet.
- Till exempel, att hitta den molära massan av H ₂ skulle O gas betyda tillsats massorna av 2 väteatomer och en syre. Den resulterande molmassan skulle vara 18 g / mol (1 g / mol + 1 g / mol + 16 g / mol).
4
Beräkna gasens densitet. Även om volymen och molerna av gas är fasta i dessa beräkningar är molmassan olika för varje gas. Det betyder att densiteten kommer att vara olika för varje gas också. För att hitta en given gastäthet, dela gasens molära massa med molvolymen (22,4 L / mol i detta fall).
- Om du till exempel letade efter vattenångans densitet, skulle du dela 18 g / mol med 22,4 L / mol för att ge 0,804 g / L. Det vill säga: 18 g / mol / 22,4 L / mol = 0,804 g / L.

Molerna av gas är fasta i dessa beräkningar är molmassan olika för varje gas — Även om volymen och molerna av gas är fasta i dessa beräkningar är molmassan olika för varje gas.

Metod 3 av 3: hitta den teoretiska densiteten för en gasblandning

1
Känn gasfördelningens bråkdelning. Om du har blandat två eller flera gaser måste du veta hur mycket av varje gas som finns. Detta görs i procent. Det gör att du kan känna till blandningens förhållanden oavsett hur mycket gas som finns totalt sett.
- Om du till exempel hade en blandning av 75% CO ₂ (koldioxid) och 25% H ₂ O (vatten), skulle dessa förhållanden inte förändras om du har 1 liter eller 1000 liter gas.
2
Hitta massan av en mol. Genom att känna till förhållandet mellan dina gaser kan du hitta molmassan för din blandning. Du måste hitta molmassan för varje gas och multiplicera den med dess procentuella sammansättning i blandningen. Lägg sedan till alla produkterna för att hitta molmassan för gasblandningen.
- Till exempel skulle du hitta molmassan av CO ₂ (44 g / mol) och multiplicera den med 0,75. Nästa du skulle hitta molmassan av H ₂ O (18 g / mol) och multiplicera det med 0,25. När du lägger till dessa produkter, 33 g / mol + 4,5 g / mol, ger du molmassan för din blandning. I detta fall är molmassan 37,5 g / mol.
3
Dela med volymen. När molmassan har fastställts för din blandning är det enkelt att hitta gasens densitet. Dela molmassan med standardvolymen (22,4 l / mol). Kom ihåg att du antar STP och 1 mol gas.
- Till exempel skulle densiteten hos en blandning av 75% koldioxid och 25% vatten vara $37,5 g / mol / 22,4l / mol = 1,67 g / l$ .
- Du måste tillämpa Ideal Gas Law-formeln för dina beräkningar om gasen inte är vid STP (PV = nRT).

När molmassan har fastställts för din blandning är det enkelt att hitta gasens densitet.

Tips

Dubbelkolla alla beräkningar innan du går vidare till nästa.
Kom ihåg att de teoretiska beräkningarna gör strikta antaganden om gasens förhållanden.
Du behöver bara memorera en formel: PV = nRT. Du kan använda en variant av samma formel för att hitta andra egenskaper. För att till exempel hitta volymen, använd V = nRT / P.

Varningar

Med basutrustning kommer mätningen av gasens densitet sannolikt att ha betydande fel. Detta är okej för akademiska applikationer, men bör beaktas för applikationer som kräver mer exakta resultat (t.ex. industriella applikationer).

Läs också: Hur ritar man en nymanprojektion inom organisk kemi?