Afhankelijk van uw werk of andere aspecten van uw levensstijl, kunt u af en toe of regelmatig werken met drukcilinders die een of meer soorten gas bevatten. "Gas" is in deze context niet een afkorting voor "benzine", maar verwijst in plaats daarvan naar elke stof in een gasvormige, in tegenstelling tot vaste of vloeibare toestand. Een populair voorbeeld is de koolwaterstofbrandstof propaan.
Af en toe moet u misschien het gewicht van het gas in de cilinder vinden. Een ruwe manier om dit te doen zou zijn om de cilinder met het betreffende gas te wegen, al het gas te ontladen en de cilinder opnieuw te wegen; het verschil in waarden zou de massa van het gas zijn, ervan uitgaande dat er geen lucht in de container zou kunnen stromen en massa zou toevoegen die de berekening zou verstoren. Dit zou echter een duidelijke verspilling van chemische hulpbronnen zijn.
Is er een betere manier? Inderdaad, en het leert je op de koop toe een beetje natuurkunde en scheikunde.
De standaard gasfles
Het doel van het opslaan van gecomprimeerde gassen in cilinders en andere containers is eenvoudig: het maakt het mogelijk om meer van een stof te vervoeren en op te slaan in een kleinere fysieke ruimte. volume dan nodig zou zijn als het gas in kwestie zich op natuurlijke wijze zou kunnen verspreiden, net als de gasmoleculen en andere deeltjes die de lucht in de atmosfeer rond u.
Dit brengt helaas een afweging met zich mee: het comprimeren van gassen (dat wil zeggen het verminderen van hun volume) brengt een proportionele toename van de druk, ervan uitgaande dat alle andere variabelen, zoals temperatuur, worden vastgehouden constante. Dit wordt in een latere sectie verder onderzocht.
Gascilinders hebben daarom een interne druk die hoger is dan de atmosferische druk, namelijk 14,7 pond per vierkante inch (psi) aan het aardoppervlak. De stoffen die ze bevatten moeten kookpunten hebben onder de 20 graden Celsius (68 graden Fahrenheit) om als gassen te worden beschouwd, want anders zouden ze vaste stoffen blijven boven "kamertemperatuur" of zo.
De ideale gaswet
De ideale gaswet stelt dat:
PV = nRT
waar P is de druk, V is het volume, nee is het aantal mol aanwezig gas, R is een constante en T is de temperatuur in Kelvin (K). In een situatie waarin T en nee zijn constant maar P en V kan veranderen, zoals wanneer een klep wordt geopend in een gashoudende cilinder, betekent dit dat het product van P en V is een constante in het hele proces. In symbolen:
P1V1 = P2V2
Het volume van gecomprimeerd gas berekenen
Stel dat u een cilinder met stikstof hebt opgeslagen bij normale temperatuur (20 C) en druk (14,7 psi) met een volume van 29,5 L en een interne druk van 2200 psi. Wat is het "natuurlijke" volume stikstofgas?
Als het gas zou vrijkomen, zou het zich door de omgeving verspreiden en zou de druk gelijk worden aan de atmosferische druk. U kunt daarom de hierboven afgeleide relatie gebruiken waarbij P1 = 2.200 psi, V1 = 29,5 L en P2 = 14,7 psi om V. te vinden2:
(2200) (29,5)/(14,7) = V2 = 4.415 L
De massa van het gas berekenen: is de massa van de cilinder nodig?
Om de massa van dit gasvolume te berekenen, moet u de dichtheid onder normale omstandigheden weten. Raadpleeg voor deze informatie een pagina zoals die in de bronnen.
Stikstof (N2) heeft een molecuulmassa van 28,0 g/mol en een dichtheid van 1,17 kg/m3 = 1,17 g/L bij 20 C. Omdat dichtheid massa gedeeld door volume is, is massa gelijk aan volume maal dichtheid; in dit geval:
(4.415 L) (1,17 g/L) = 5.165 g = 5.165 kg
- Dit is ongeveer 11,5 pond stikstof (1 kg = 2,204 lb).
En, zoals je kunt zien, is het antwoord op de vraag over de massa van de cilinder nee! Het enige dat je nodig hebt, is wat praktische scheikundekennis en een beetje doorzettingsvermogen.