Hvordan finne vekten av gass i en sylinder

Avhengig av jobben din eller andre aspekter av livsstilen din, kan du av og til eller regelmessig jobbe med trykkflasker som inneholder en eller flere typer gass. "Bensin" i denne sammenhengen er ikke kort for "bensin", men refererer i stedet til ethvert stoff i gassform, i motsetning til fast eller flytende tilstand. Et populært eksempel er hydrokarbondrivstoffet.

Noen ganger må du kanskje finne vekten av gassen inne i sylinderen. En grov måte å gjøre dette på er å veie sylinderen som inneholder den aktuelle gassen, tømme ut all gassen og veie sylinderen igjen; Forskjellen i verdier vil være massen av gassen, forutsatt at ingen luft kan strømme inn i beholderen og legge til masse som vil kaste av beregningen. Dette vil imidlertid være et åpenbart sløsing med kjemiske ressurser.

Er det en bedre måte? Faktisk, og det lærer deg litt fysikk og kjemi på kuppet.

Formålet med å lagre komprimerte gasser i sylindere og andre beholdere er greit: Det gjør det mulig å transportere og lagre mer av et stoff i en mindre fysisk volum enn det som ville være nødvendig hvis den aktuelle gassen fikk distribuere seg naturlig, i likhet med gassmolekylene og andre partikler som utgjør luften i atmosfæren rundt du.

Dette medfører dessverre en kompromiss: Komprimering av gasser (det vil si redusere volumet) medfører a proporsjonal økning i trykk, forutsatt at alle andre variabler, som temperatur, holdes konstant. Dette blir utforsket nærmere i et senere avsnitt.

Gassflasker har derfor indre trykk som er høyere enn atmosfæretrykk, som er 14,7 pounds per kvadrattomme (psi) på jordens overflate. Stoffene de inneholder, må ha kokepunkter under 20 grader Celsius (68 grader Fahrenheit) for å bli betraktet som gasser, for ellers vil de forbli faste over "romtemperatur" eller så.

Den ideelle gassloven sier at:

PV = nRT

hvor P er trykket, V er volumet, n er antall mol gass til stede, R er en konstant og T er temperaturen i Kelvin (K). I en situasjon der T og n er konstante men P og V kan endre seg, for eksempel når en ventil åpnes i en gassholdig sylinder, betyr dette at produktet av P og V er en konstant gjennom hele prosessen. I symboler:

P₁V₁ = P₂V₂

Si at du har en sylinder med nitrogen lagret ved normal temperatur (20 C) og trykk (14,7 psi) merket med et volum på 29,5 L og et indre trykk på 2200 psi. Hva er det "naturlige" volumet av nitrogengass?

Hvis gassen slippes ut, ville den spre seg i hele miljøet, og trykket ville bli lik atmosfæretrykket. Du kan derfor bruke forholdet avledet ovenfor der P₁ = 2200 psi, V₁ = 29,5 L og P.₂ = 14,7 psi for å finne V₂:

(2200) (29,5) / (14,7) = V₂ = 4415 L.

For å beregne massen av dette gassvolumet, må du vite dens tetthet under normale forhold. For denne informasjonen, se en side som den i ressursene.

Nitrogen (N₂) har en molekylvekt på 28,0 g / mol og en tetthet på 1,17 kg / m³ = 1,17 g / l ved 20 C. Siden tetthet er masse delt på volum, er massen lik volum ganger tetthet; i dette tilfellet:

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

• Dette handler om 11,5 pund nitrogen (1 kg = 2,204 pund).

Og som du ser, er svaret på spørsmålet om sylindermassen nei! Alt du trenger er litt praktisk kjemikunnskap og litt utholdenhet.