Sådan beregnes vægten af ​​gas i en cylinder

Afhængigt af dit job eller andre aspekter af din livsstil, kan du lejlighedsvis eller regelmæssigt arbejde med trykcylindre, der indeholder en eller flere slags gas. "Gas" er i denne sammenhæng ikke en forkortelse for "benzin", men henviser i stedet til ethvert stof i en gasformig, i modsætning til fast eller flydende tilstand. Et populært eksempel er propan med kulbrintebrændstof.

Lejlighedsvis skal du muligvis finde vægten af ​​gassen inde i cylinderen. En rå måde at gøre dette på er at veje cylinderen, der indeholder den pågældende gas, udtømme al gassen og afveje cylinderen igen; forskellen i værdier ville være massen af ​​gassen, forudsat at ingen luft kunne strømme ind i beholderen og tilføje masse, der ville kaste beregningen væk. Dette ville dog være et åbenlyst spild af kemiske ressourcer.

Er der en bedre måde? Faktisk, og det lærer dig lidt fysik og kemi i købet.

Formålet med opbevaring af komprimerede gasser i cylindre og andre beholdere er ligetil: Det giver mulighed for at transportere og opbevare mere af et stof i en mindre fysisk volumen end krævet, hvis den pågældende gas fik lov til at distribuere sig naturligt, ligesom gasmolekyler og andre partikler, der udgør luften i atmosfæren omkring du.

Dette indebærer desværre en kompromis: Komprimering af gasser (dvs. reducering af deres volumen) medfører en proportional stigning i tryk, forudsat at alle andre variabler, såsom temperatur, holdes konstant. Dette undersøges nærmere i et senere afsnit.

Gasflasker har derfor indre tryk, der er højere end atmosfærisk tryk, hvilket er 14,7 pounds per kvadrattomme (psi) på jordens overflade. De stoffer, de indeholder, skal have kogepunkter under 20 grader Celsius (68 grader Fahrenheit) for at blive betragtet som gasser, for ellers forbliver de faste stoffer over "stuetemperatur" eller så.

Den ideelle gaslov siger, at:

PV = nRT

hvor P er trykket, V er lydstyrken, n er antallet af mol til stede, R er en konstant og T er temperaturen i Kelvin (K). I en situation, hvor T og n er konstante men P og V kan ændre sig, f.eks. når en ventil åbnes i en gasholdig cylinder, betyder det, at produktet af P og V er konstant gennem hele processen. I symboler:

P₁V₁ = P₂V₂

Sig, at du har en cylinder med nitrogen opbevaret ved normal temperatur (20 ° C) og et tryk (14,7 psi) mærket med et volumen på 29,5 liter og et internt tryk på 2.200 psi. Hvad er det "naturlige" volumen af ​​nitrogengas?

Hvis gassen blev frigivet, ville den sprede sig i hele miljøet, og dens tryk ville blive lig med atmosfærisk tryk. Du kan derfor bruge ovenstående forhold, hvor P₁ = 2.200 psi, V₁ = 29,5 L og P.₂ = 14,7 psi for at finde V₂:

(2.200) (29,5) / (14,7) = V₂ = 4.415 L.

For at beregne massen af ​​dette volumen gas skal du kende dens densitet under normale forhold. For denne information, se en side som den i ressourcerne.

Kvælstof (N₂) har en molekylvægt på 28,0 g / mol og en densitet på 1,17 kg / m³ = 1,17 g / l ved 20 ° C. Da densitet er masse divideret med volumen, er massen lig med volumen gange densitet; I dette tilfælde:

(4,415 L) (1,17 g / L) = 5.165 g = 5,165 kg

• Dette er ca. 11,5 pund kvælstof (1 kg = 2,204 pund).

Og som du kan se, er svaret på spørgsmålet om cylinderens masse nej! Alt hvad du behøver er kun praktisk kemisk viden og lidt udholdenhed.