Selon votre travail ou d'autres aspects de votre mode de vie, vous pouvez travailler occasionnellement ou régulièrement avec des bouteilles sous pression contenant un ou plusieurs types de gaz. "Gaz" dans ce contexte n'est pas l'abréviation de "essence", mais fait plutôt référence à toute substance à l'état gazeux, par opposition à solide ou liquide. Un exemple populaire est le propane de carburant d'hydrocarbure.
De temps en temps, vous devrez peut-être trouver le poids du gaz à l'intérieur de la bouteille. Une façon grossière de procéder serait de peser la bouteille contenant le gaz en question, de décharger tout le gaz et de peser à nouveau la bouteille; la différence de valeurs serait la masse du gaz, en supposant qu'aucun air ne puisse entrer dans le conteneur et ajouter une masse qui fausserait le calcul. Ceci, cependant, serait un gaspillage évident de ressources chimiques.
Existe-t-il un meilleur moyen? En effet, et cela vous apprend un peu de physique et de chimie en plus.
La bouteille de gaz standard
L'objectif du stockage de gaz comprimés dans des bouteilles et autres conteneurs est simple: il permet de transporter et de stocker plus d'une substance dans un plus petit espace physique. volume que ce qui serait nécessaire si le gaz en question était autorisé à se distribuer naturellement, de même que les molécules de gaz et autres particules composant l'air dans l'atmosphère autour toi.
Ceci, malheureusement, implique un compromis: la compression des gaz (c'est-à-dire la réduction de leur volume) implique un augmentation proportionnelle de la pression, en supposant que toutes les autres variables, telles que la température, sont maintenues constant. Ceci est exploré plus en détail dans une section ultérieure.
Les bouteilles de gaz ont donc des pressions internes supérieures à la pression atmosphérique, qui est de 14,7 livres par pouce carré (psi) à la surface de la Terre. Les substances qu'ils contiennent doivent avoir des points d'ébullition inférieurs à 20 degrés Celsius (68 degrés Fahrenheit) pour être considérés comme des gaz, car sinon ils resteraient solides au-dessus de la "température ambiante" ou donc.
La loi des gaz parfaits
La loi des gaz parfaits stipule que :
PV = nRT
où P est la pression, V est le volume, m est le nombre de moles de gaz présentes, R est une constante et T est la température en Kelvin (K). Dans une situation où T et m sont constants mais P et V peut changer, par exemple lorsqu'une vanne est ouverte dans une bouteille contenant du gaz, cela signifie que le produit de P et V est une constante tout au long du processus. En symboles :
P1V1 = P2V2
Calcul du volume de gaz comprimé
Supposons que vous ayez une bouteille d'azote stockée à une température normale (20 C) et une pression (14,7 psi) étiquetée avec un volume de 29,5 L et une pression interne de 2 200 psi. Quel est le volume « naturel » d'azote gazeux ?
Si le gaz était libéré, il se disperserait dans l'environnement et sa pression deviendrait égale à la pression atmosphérique. Vous pouvez donc utiliser la relation dérivée ci-dessus où P1 = 2 200 psi, V1 = 29,5 L et P2 = 14,7 psi pour trouver V2:
(2 200)(29,5)/(14,7) = V2 = 4 415 L
Calcul de la masse du gaz: la masse du cylindre est-elle nécessaire ?
Pour calculer la masse de ce volume de gaz, il faut connaître sa densité dans des conditions normales. Pour cette information, consultez une page comme celle des ressources.
Azote (N2) a une masse moléculaire de 28,0 g/mol et une densité de 1,17 kg/m3 = 1,17 g/L à 20 C. Puisque la densité est la masse divisée par le volume, la masse est égale au volume multiplié par la densité; dans ce cas:
(4 415 L) (1,17 g/L) = 5 165 g = 5,165 kg
- Cela représente environ 11,5 livres d'azote (1 kg = 2,204 lb).
Et, comme vous pouvez le voir, la réponse à la question sur la masse du cylindre est non! Tout ce dont vous avez besoin, c'est de connaissances pratiques en chimie et d'un peu de persévérance.