اعتمادًا على وظيفتك أو جوانب أخرى من نمط حياتك ، يمكنك العمل من حين لآخر أو بانتظام باستخدام أسطوانات مضغوطة تحتوي على نوع واحد أو أكثر من الغاز. "الغاز" في هذا السياق ليس اختصارًا لـ "البنزين" ، ولكنه يشير بدلاً من ذلك إلى أي مادة في الحالة الغازية ، على عكس الحالة الصلبة أو السائلة. أحد الأمثلة الشائعة هو وقود الهيدروكربون البروبان.
في بعض الأحيان ، قد تضطر إلى معرفة وزن الغاز داخل الأسطوانة. تتمثل إحدى الطرق البدائية للقيام بذلك في وزن الأسطوانة التي تحتوي على الغاز المعني ، وتفريغ كل الغاز ووزن الأسطوانة مرة أخرى ؛ سيكون الاختلاف في القيم هو كتلة الغاز ، على افتراض عدم تدفق الهواء إلى الحاوية وإضافة كتلة من شأنها التخلص من الحساب. ومع ذلك ، سيكون هذا مضيعة واضحة للموارد الكيميائية.
هل هناك طريقة أفضل؟ في الواقع ، ويعلمك القليل من الفيزياء والكيمياء في الصفقة.
اسطوانة الغاز القياسية
إن الغرض من تخزين الغازات المضغوطة في أسطوانات وحاويات أخرى واضح ومباشر: فهو يسمح بنقل المزيد من المواد وتخزينها في حاوية مادية أصغر. حجم أكبر مما هو مطلوب إذا تم السماح للغاز المعني بتوزيع نفسه بشكل طبيعي ، كما تفعل جزيئات الغاز والجسيمات الأخرى التي تشكل الهواء في الغلاف الجوي المحيط أنت.
هذا ، للأسف ، يستلزم مفاضلة: ضغط الغازات (أي تقليل حجمها) يستلزم زيادة متناسبة في الضغط ، بافتراض الاحتفاظ بجميع المتغيرات الأخرى ، مثل درجة الحرارة ثابت. سيتم استكشاف هذا بشكل أكبر في قسم لاحق.
لذلك ، تحتوي أسطوانات الغاز على ضغوط داخلية أعلى من الضغط الجوي ، وهو 14.7 رطل لكل بوصة مربعة (psi) على سطح الأرض. يجب أن تحتوي المواد التي تحتويها على نقاط غليان أقل من 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) من أجل اعتبارها غازات ، وإلا فإنها ستبقى صلبة فوق "درجة حرارة الغرفة" أو وبالتالي.
قانون الغاز المثالي
ينص قانون الغاز المثالي على ما يلي:
PV = nRT
أين ص هو الضغط ، الخامس هو الحجم ن هو عدد مولات الغاز الموجودة ، ر هو ثابت و تي هي درجة الحرارة في كلفن (ك). في حالة فيها تي و ن ثابتة ولكن ص و الخامس يمكن أن يتغير ، كما هو الحال عند فتح صمام في أسطوانة تحتوي على غاز ، فهذا يعني أن منتج ص و الخامس هو ثابت طوال العملية. بالرموز:
ص1الخامس1 = ص2الخامس2
حساب حجم الغاز المضغوط
لنفترض أن لديك أسطوانة من النيتروجين مخزنة في درجة حرارة عادية (20 درجة مئوية) وضغط (14.7 رطل / بوصة مربعة) مُصنَّف بحجم 29.5 لتر وضغط داخلي يبلغ 2200 رطل / بوصة مربعة. ما هو الحجم "الطبيعي" لغاز النيتروجين؟
إذا تم إطلاق الغاز ، فسوف ينتشر في جميع أنحاء البيئة ، وسيصبح ضغطه مساويًا للضغط الجوي. لذلك يمكنك استخدام العلاقة المشتقة أعلاه حيث P1 = 2200 رطل لكل بوصة مربعة ، V.1 = 29.5 لتر و ص2 = 14.7 رطل لكل بوصة مربعة لإيجاد V.2:
(2200) (29.5) / (14.7) = V.2 = 4،415 لتر
حساب كتلة الغاز: هل كتلة الأسطوانة مطلوبة؟
لحساب كتلة هذا الحجم من الغاز ، عليك معرفة كثافته في الظروف العادية. للحصول على هذه المعلومات ، راجع صفحة مثل تلك الموجودة في الموارد.
نيتروجين (N2) كتلة جزيئية تبلغ 28.0 جم / مول وكثافة 1.17 كجم / م3 = 1.17 جم / لتر عند 20 درجة مئوية. بما أن الكثافة هي الكتلة مقسومة على الحجم ، فإن الكتلة تساوي الحجم مضروبًا في الكثافة ؛ في هذه الحالة:
(4،415 لترًا) (1.17 جم / لتر) = 5،165 جم = 5.165 كجم
- هذا حوالي 11.5 رطلاً من النيتروجين (1 كجم = 2.204 رطل).
وكما ترى ، فإن الإجابة على السؤال حول كتلة الأسطوانة هي لا! كل ما تحتاجه هو بعض المعرفة العملية بالكيمياء والقليل من المثابرة.