Abhängig von Ihrem Beruf oder anderen Aspekten Ihres Lebensstils können Sie gelegentlich oder regelmäßig mit Druckflaschen arbeiten, die eine oder mehrere Gasarten enthalten. "Gas" ist in diesem Zusammenhang nicht die Abkürzung für "Benzin", sondern bezieht sich stattdessen auf jede Substanz in einem gasförmigen, im Gegensatz zu einem festen oder flüssigen Zustand. Ein beliebtes Beispiel ist der Kohlenwasserstoff-Brennstoff Propan.
Gelegentlich müssen Sie möglicherweise das Gewicht des Gases im Zylinder ermitteln. Eine grobe Möglichkeit, dies zu tun, wäre, die Flasche mit dem fraglichen Gas zu wiegen, das gesamte Gas abzulassen und die Flasche erneut zu wiegen; die Differenz der Werte wäre die Masse des Gases, vorausgesetzt, es könnte keine Luft in den Behälter strömen und eine Masse hinzufügen, die die Berechnung durcheinander bringen würde. Dies wäre jedoch eine offensichtliche Verschwendung chemischer Ressourcen.
Gibt es einen besseren Weg? In der Tat, und es bringt Ihnen noch ein wenig Physik und Chemie bei.
Die Standard-Gasflasche
Der Zweck der Speicherung von komprimierten Gasen in Flaschen und anderen Behältern ist einfach: Es ermöglicht, dass ein größerer Teil einer Substanz in einem kleineren physischen Raum transportiert und gelagert wird Volumen als erforderlich wäre, wenn sich das fragliche Gas auf natürliche Weise verteilen würde, ebenso wie die Gasmoleküle und andere Partikel, aus denen die Luft in der umgebenden Atmosphäre besteht Sie.
Dies bringt leider einen Kompromiss mit sich: Das Komprimieren von Gasen (d. h. die Verringerung ihres Volumens) erfordert proportionaler Druckanstieg unter der Annahme, dass alle anderen Variablen, wie z. B. die Temperatur, gehalten werden Konstante. Dies wird in einem späteren Abschnitt näher untersucht.
Gasflaschen haben daher einen Innendruck, der höher ist als der Atmosphärendruck, der an der Erdoberfläche 14,7 Pfund pro Quadratzoll (psi) beträgt. Die darin enthaltenen Stoffe müssen Siedepunkte unter 20 Grad Celsius (68 Grad Fahrenheit) haben. um als Gase angesehen zu werden, da sie sonst über "Raumtemperatur" Feststoffe bleiben würden oder so.
Das ideale Gasgesetz
Das ideale Gasgesetz besagt:
PV = nRT
wo P ist der Druck, V ist das Volumen, nein ist die Anzahl der vorhandenen Gasmole, R ist eine Konstante und T ist die Temperatur in Kelvin (K). In einer Situation, in der T und nein sind konstant aber P und V sich ändern kann, z. B. beim Öffnen eines Ventils in einer Gasflasche, bedeutet dies, dass das Produkt von P und V ist eine Konstante während des gesamten Prozesses. In Symbolen:
P1V1 = P2V2
Berechnung des Volumens von komprimiertem Gas
Angenommen, Sie haben eine Stickstoffflasche, die bei normaler Temperatur (20 °C) und Normaldruck (14,7 psi) gelagert wird, mit einem Volumen von 29,5 l und einem Innendruck von 2.200 psi. Was ist das "natürliche" Volumen von Stickstoffgas?
Wenn das Gas freigesetzt würde, würde es sich in der Umgebung verteilen und sein Druck würde dem Atmosphärendruck entsprechen. Sie können daher die oben abgeleitete Beziehung verwenden, wobei P1 = 2.200 psi, V1 = 29,5 L und P2 = 14,7 psi, um V. zu finden2:
(2.200)(29,5)/(14,7) = V2 = 4.415 Liter
Berechnung der Masse des Gases: Wird die Masse des Zylinders benötigt?
Um die Masse dieses Gasvolumens zu berechnen, müssen Sie seine Dichte unter normalen Bedingungen kennen. Diese Informationen finden Sie auf einer Seite wie der in den Ressourcen.
Stickstoff (N2) hat eine Molmasse von 28,0 g/mol und eine Dichte von 1,17 kg/m3 = 1,17 g/L bei 20 °C. Da Dichte Masse geteilt durch Volumen ist, ist Masse gleich Volumen mal Dichte; in diesem Fall:
(4.415 L) (1,17 g/L) = 5.165 g = 5,165 kg
- Dies sind etwa 11,5 Pfund Stickstoff (1 kg = 2,204 Pfund).
Und wie Sie sehen, lautet die Antwort auf die Frage nach der Masse des Zylinders nein! Alles, was Sie brauchen, sind praktische Chemiekenntnisse und ein wenig Durchhaltevermögen.
