Beroende på ditt jobb eller andra aspekter av din livsstil kan du ibland eller regelbundet arbeta med tryckcylindrar som innehåller en eller flera typer av gas. "Gas" är i detta sammanhang inte förkortat för "bensin", utan i stället avser alla ämnen i gasformiga, i motsats till fasta eller flytande tillstånd. Ett populärt exempel är kolvätebränslepropan.
Ibland kan du behöva hitta vikten på gasen inuti cylindern. Ett grovt sätt att göra detta skulle vara att väga cylindern som innehåller gasen i fråga, släppa ut all gas och väga cylindern igen; skillnaden i värden skulle vara gasens massa, förutsatt att ingen luft kunde strömma in i behållaren och lägga till massa som skulle kasta bort beräkningen. Detta skulle emellertid vara ett uppenbart slöseri med kemiska resurser.
Finns det ett bättre sätt? Faktiskt, och det lär dig lite fysik och kemi i fyndet.
Standard gascylinder
Syftet med att lagra komprimerade gaser i cylindrar och andra behållare är enkelt: Det gör att mer av ett ämne kan transporteras och lagras i en mindre fysisk volym än vad som skulle krävas om den aktuella gasen fick fördela sig naturligt, liksom gasmolekylerna och andra partiklar som utgör luften i atmosfären runt du.
Detta innebär tyvärr en kompromiss: Komprimering av gaser (dvs. minskning av volymen) innebär en proportionell tryckökning, förutsatt att alla andra variabler, såsom temperatur, hålls konstant. Detta utforskas vidare i ett senare avsnitt.
Gascylindrar har därför inre tryck högre än atmosfärstrycket, vilket är 14,7 pund per kvadrattum (psi) vid jordens yta. Ämnena de innehåller måste ha kokpunkter under 20 grader Celsius (68 grader Fahrenheit) för att betraktas som gaser, för annars skulle de förbli fasta ämnen över "rumstemperatur" eller så.
Den ideala gaslagen
Den ideala gaslagen säger att:
PV = nRT
var P är trycket, V är volymen, n är antalet mol gas närvarande R är en konstant och T är temperaturen i Kelvin (K). I en situation där T och n är konstanta men P och V kan förändras, till exempel när en ventil öppnas i en gasinnehållande cylinder, betyder detta att produkten av P och V är konstant under hela processen. I symboler:
P1V1 = P2V2
Beräkning av volymen komprimerad gas
Anta att du har en kvävecylinder lagrad vid normal temperatur (20 C) och tryck (14,7 psi) märkt med en volym på 29,5 L och ett inre tryck på 2200 psi. Vad är den "naturliga" kvävgasvolymen?
Om gasen släpptes skulle den spridas i hela miljön och dess tryck skulle bli lika med atmosfärstrycket. Du kan därför använda relationen härledd där P1 = 2200 psi, V1 = 29,5 L och P2 = 14,7 psi för att hitta V2:
(2200) (29,5) / (14,7) = V.2 = 4,415 L.
Beräkna gasens massa: Behövs massan av cylindern?
För att beräkna massan av denna gasvolym måste du veta dess densitet under normala förhållanden. För information, se en sida som den i resurserna.
Kväve (N2har en molekylvikt av 28,0 g / mol och en densitet av 1,17 kg / m3 = 1,17 g / L vid 20 ° C Eftersom densiteten är massa dividerad med volym, är massan lika med volym gånger densitet; I detta fall:
(4,415 L) (1,17 g / L) = 5,165 g = 5,165 kg
- Detta är cirka 11,5 pund kväve (1 kg = 2,204 pund).
Och som du kan se är svaret på frågan om cylinderns massa nej! Allt du behöver är praktisk kemikunskap och lite uthållighet.