Hmotnost plynu - je to jedna z nejdůležitějších vlastností, které určují jeho fyzikální vlastnosti. Když znáte objem a množství látky, můžete vypočítat hmotnost plynu pomocí jednoduchého vzorce. Tyto výpočty mohou být užitečné jak ve vědě a výzkumu, tak v každodenním životě.
Vzorec pro stanovení hmotnosti plynu je následující: hmotnost (m) se rovná množství látky (n), která je přiměřená molární hmotnosti (M), kde molární hmotnost představuje hmotnost jednoho molu plynu. Objem (V) také ovlivňuje výpočty. Pomocí těchto dat a vzorce můžete snadno vypočítat hmotnost plynu.
Podívejme se na příklad, abychom pochopili, jak lze tento vzorec uvést do praxe. Předpokládejme, že máme 2 mol dusíku (N2) a objem je 22,4 litru (standardní objem jednoho molu plynu za normálních podmínek). Abychom našli hmotu dusíku, musíme použít známou molární hmotnost dusíku, která je přibližně 28 g/mol.
Jak zjistit hmotnost plynu, když znáte objem a množství látky?
Aby bylo možné najít hmotnost plynu s informacemi o jeho objemu a množství látky, je nutné použít stavovou rovnici a znát jeho molární hmotnost. Stavová rovnice pro ideální plyn je následující:
PV = nRT
- P - tlak plynu
- V - objem plynu
- n - množství látky plynu
- R - univerzální plynná konstanta (hodnota 0,0821 l * ATM / (mol·k) pro plynové konstanty nebo 8,314 J/(mol·k) pro konstanty v systému SI)
- T - teplota plynu (měřeno v absolutní stupnici, Kelviny)
K nalezení hmotnosti plynu se používá následující vzorec:
m = M * n
Chcete-li tedy najít hmotnost plynu, vynásobte molární hmotnost množstvím látky. Objem ani tlak plynu přitom přímo nesouvisí s jeho hmotností.
Například pro výpočet hmotnosti kyslíku (O2) při známém objemu a množství látky je nutné použít její molární hmotnost 32 g / mol:
m (kyslík) = 32 g / mol * n
Kde n - množství kyslíku v molech. Jednoduchým vynásobením molární hmotnosti množstvím látky lze v tomto příkladu najít hmotnost plynu.
Princip práce
Při práci s ideálním plynem se použije stavová rovnice plynu známá jako mendeleova-Klapeyronova rovnice. Zaznamenává se takto:
- p - tlak plynu (v Pascalech)
- V - objem plynu (v metrech krychlových)
- n - množství látky (v molech)
- R - univerzální plynová konstanta (asi 8,31 J / (mol·k))
- T - absolutní teplota plynu (v Kelvinech)
Z této rovnice můžeme vyjádřit hmotnost plynu tím, že známe objem a množství látky pomocí molární hmoty:
- m hmotnost plynu (v kilogramech)
- M - molární hmotnost plynu (v kilogramech na mol)
Principem práce je tedy použití stavové rovnice plynu a molární hmotnosti k výpočtu hmotnosti plynu.
Vzorec pro výpočet
Pro výpočet hmotnosti plynu, znát jeho objem a množství látky, lze použít vzorec:
m = M * n
- m - hmotnost plynu v gramech (g);
- M - molární hmotnost plynu v g / mol;
- n - množství plynu v molech.
Vzorec pro výpočet hmotnosti plynu je založen na poměrné závislosti mezi hmotností, molární hmotností a množstvím látky plynu.
Pro použití tohoto vzorce je nutné znát molární hmotnost plynu, která je konstantní veličinou a může být odvozena z tabulky molárních hmot chemických prvků a sloučenin.
Například pokud je známo, že objem plynu je 10 litrů a množství látky je 0.5 mol, stejně jako molární hmotnost plynu-29 g / mol, pak lze vypočítat hmotnost plynu následovně:
m = 29 g / mol * 0.5 mol = 14.5 g
Hmotnost plynu je tedy v tomto případě 14,5 gramu.
Příklad výpočtu
Pro názornější příklad zvažte úkol: stanovení hmotnosti plynu s vědomím objemu a množství látky.
Nechte plyn se známým objemem-2 litry a známým množstvím látky - 0,5 mol. Je třeba určit hmotnost tohoto plynu.
K řešení tohoto problému používáme stavovou rovnici ideálního plynu: PV = nRT, kde P je tlak plynu, V je objem plynu, n je množství látky, R je univerzální plynná konstanta, T je teplota absolutní.
V tomto případě se budeme domnívat, že tlak plynu a teplota je absolutní neznámá, takže R bude konstanta. Hodnota R je přibližně 0.0821 l * ATM / (mol * k).
Pomocí stavové rovnice lze vyjádřit hmotnost plynu podle vzorce: m = m * n, kde m je hmotnost plynu, M je molární hmotnost látky.
Nechť je pro tento plyn známa jeho molární hmotnost a je 32 g / mol. Vypočítáme:
m = m * n = 32 g / mol * 0.5 mol = 16 g
Hmotnost tohoto plynu je tedy 16 gramů.
Další metody určování hmotnosti plynu
Kromě standardního způsobu určování hmotnosti plynu, který zahrnuje měření jeho objemu a množství látky, existují další metody, které umožňují určit hmotnost plynu.
- Metoda dvojí kalibrace: tato metoda zpočátku měří hmotnost nádoby bez plynu. Poté se do nádoby umístí plyn a znovu se změří hmotnost celého systému (s plynem a nádobou). Vypočítáním rozdílu mezi prvním a druhým měřením lze určit hmotnost plynu.
- Metoda adiabatické expanze: při této metodě se plyn adiabaticky rozšiřuje (bez výměny tepla s okolím), přičemž se provádí Boyle-Mariottův zákon (součin tlaku na objem plynu je konstantní). Měřením počátečního a konečného tlaku a objemu plynu lze určit jeho hmotnost.
- Metoda měření tlaku: tato metoda může být použita při známém objemu plynu a známé teplotě. K tomu je nutné změřit tlak plynu a poté pomocí stavové rovnice ideálního plynu určit hmotnost plynu.
Každá z těchto metod má svá specifika a používá se v různých podmínkách. Výběr metody závisí na dostupných nástrojích, podmínkách experimentu a požadované přesnosti měření.