Jak zjistit hmotnost plynu ve válci

V závislosti na vaší práci nebo jiných aspektech vašeho životního stylu můžete příležitostně nebo pravidelně pracovat s tlakovými lahvemi obsahujícími jeden nebo více druhů plynu. „Plyn“ v tomto kontextu není zkratka pro „benzín“, ale označuje jakoukoli látku v plynném stavu, na rozdíl od pevného nebo kapalného. Jedním z populárních příkladů je uhlovodíkové palivo propan.

Někdy budete možná muset zjistit váhu plynu uvnitř válce. Jedním z hrubých způsobů, jak toho dosáhnout, by bylo vážit láhev obsahující dotyčný plyn, vypustit veškerý plyn a váhu znovu zvážit; rozdíl v hodnotách by představoval hmotnost plynu, za předpokladu, že do nádoby nemohl proudit žádný vzduch a přidal by hmotnost, která by vyřadila výpočet. To by však bylo zjevné plýtvání chemickými zdroji.

Existuje lepší způsob? Opravdu, a to vás naučí trochu fyziky a chemie za výhodné ceny.

Účel skladování stlačených plynů ve válcích a jiných nádobách je přímý: Umožňuje přepravu a skladování většího množství látky v menším fyzickém stavu objem, než by bylo zapotřebí, kdyby se dotyčný plyn mohl přirozeně distribuovat, stejně jako molekuly plynu a další částice tvořící vzduch v atmosféře kolem vy.

To, bohužel, znamená kompromis: Stlačování plynů (tj. Zmenšení jejich objemu) znamená a proporcionální zvýšení tlaku, za předpokladu, že jsou zachovány všechny ostatní proměnné, například teplota konstantní. Toto je dále prozkoumáno v další části.

Plynové lahve proto mají vnitřní tlak vyšší než atmosférický tlak, který je na povrchu Země 14,7 liber na čtvereční palec (psi). Látky, které obsahují, musí mít body varu pod 20 stupňů Celsia (68 stupňů Fahrenheita) aby byly považovány za plyny, jinak by zůstaly pevné látky nad "pokojovou teplotou" nebo tak.

Zákon o ideálním plynu stanoví, že:

PV = nRT

kde P je tlak, PROTI je objem, n je počet přítomných molů plynu, R je konstanta a T je teplota v Kelvinech (K). V situaci, ve které T a n jsou konstantní, ale P a PROTI se může změnit, například když je ventil otevřen v lahvi obsahující plyn, znamená to, že produkt z P a PROTI je v celém procesu konstanta. V symbolech:

P₁PROTI₁ = P₂PROTI₂

Řekněme, že máte válec s dusíkem skladovaný při normální teplotě (20 ° C) a tlaku (14,7 psi) označený objemem 29,5 L a vnitřním tlakem 2 200 psi. Jaký je „přirozený“ objem plynného dusíku?

Pokud by se plyn uvolnil, rozptýlil by se po celém prostředí a jeho tlak by se vyrovnal atmosférickému tlaku. Můžete tedy použít vztah odvozený výše, kde P₁ = 2200 psi, V₁ = 29,5 L a P₂ = 14,7 psi najít V₂:

(2200) (29,5) / (14,7) = V₂ = 4 415 litrů

Pro výpočet hmotnosti tohoto objemu plynu potřebujete znát jeho hustotu za normálních podmínek. Tyto informace najdete na stránce, jako je ta ve zdrojích.

Dusík (N₂) má molekulovou hmotnost 28,0 g / mol a hustotu 1,17 kg / m³ = 1,17 g / l při 20 ° C Protože hustota je hmotnost děleno objemem, hmotnost se rovná objemu krát hustota; v tomto případě:

(4 415 l) (1,17 g / l) = 5 165 g = 5,165 kg

• To je asi 11,5 liber dusíku (1 kg = 2,204 lb).

A jak vidíte, odpověď na otázku o hmotnosti válce je ne! Vše, co potřebujete, je praktická znalost chemie a trochu vytrvalosti.