Плотность и относительная плотность газов

Относительная плотность газа — что это за величина

При изучении свойств газообразных веществ используют множество параметров. Одной из наиболее важных характеристик газов является их плотность.

Определение

Плотность — скалярная физическая величина, которая вычисляется путем деления массы вещества на занимаемый им объем.

Рассматриваемую величину обозначают с помощью греческой буквы $\rho$ или латинских D и d. Единицей измерения плотности в системе СИ принято считать $кг/{м}^3$, а в $СГС—г/с{м}^3$. Плотность газа при нормальных условиях является справочной величиной.

Определение

В распространенных случаях по отношению к газам применяют термин «относительная плотность». Данная характеристика является отношением массы рассматриваемого газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении. Параметр называют относительной плотностью первого газа по второму.

Читайте также: Найти длину отрезка, расстояние между точками

К примеру, при нормальных условиях диоксид углерода $С{О}_2$в объеме 1 л обладает массой 1,98 г, а водород в том же объеме и при тех же условиях — массой 0,09 г. Таким образом, плотность диоксида углерода по водороду составит: 1,98 / 0,09 = 22.

Видео

Газовые законы

Любое газообразное вещество характеризуется тремя простыми параметрами: объемом, давлением и температурой. Газ тем и хорош, что он заполняет весь предоставленный объем или может сжиматься до минимальных объемов, иногда переходя в состояние жидкости. Сжимать газ можно двумя способами:

• при постоянном давлении уменьшить температуру;
• при постоянной температуре увеличить давление.

Эти две простые формулировки отражают в себе два известных газовых закона: изобару и изотерму. В изобарном процессе изменение температуры приводит к прямо пропорциональному изменению объема. Вспомните жидкий азот: он занимает минимум места, при этом его температура составляет 63,29 К, что соответствует –209 градусам Цельсия. Если температуру азота поднять до 20 градусов Цельсия, то 1 литр жидкого азота превратится в 700 литров газа. Увеличивается температура, увеличивается объем и наоборот. Эти изменения обусловлены тем, что соотношение объема к температуре газа остается статичным.

В изотермическом процессе температура не изменяется и для сжатия газа придется увеличить давление. Это процесс проще для понимания, так как сдавливая газ мы уменьшаем его объем подобно тому, как утрамбовывание грунта или снега позволяет уложить их более плотно и с меньшим объемом. В этом изотермическом процессе изменение давления приводит к обратно пропорциональному изменению объема. Больше давление, меньше объем и наоборот. Такая динамика обусловлена тем, что произведение давления на объем — это всегда постоянная величина.

Если же объем газа не изменяется, то процесс называется изохорным и в этом процессе отображается взаимосвязь давления и температуры. Согласно закону, изменение одного параметра вызывает прямо пропорциональное изменение другого. Это означает, что увеличение давления в сосуде вызывает рост температуры находящегося там газа. Верно и обратное утверждение.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Относительная плотность газа по водороду – 27. Массовая доля элемента водорода в нем – 18,5%, а элемента бора – 81,5%. Определите формулу газа. Решение Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле: ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Обозначим число атомов водорода в молекуле через «х», число атомов бора через «у». Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов водорода и бора (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Ar(B) = 11; Ar(H) = 1. Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения: x:y = ω(H)/Ar(H) : ω (B)/Ar(B); x:y = 18,5/1 : 81,5/11; x:y = 18,5 : 7,41 = 2,5 : 1 = 5 : 2. Значит простейшая формула соединения водорода и бора имеет вид H5B2. Значение молярной массы газа можно определить при помощи его плотности по водороду: Mgas = M(H2) × DH2(gas); Mgas = 2 × 27 = 54 г/моль. Чтобы найти истинную формулу соединения водорода и бора найдем отношение полученных молярных масс: Mgas / M(H5B2) = 54 / 27 = 2. M(H5B2) = 5 ×Ar(H) + 2 × Ar(B) = 5 ×1 + 2 × 11 = 5 + 22 = 27 г/моль. Это означает, что все индексы в формуле H5B2 следует умножить на 2. Таким образом формула вещества будет иметь вид H10B4. Ответ Формула газа – H10B4

ПРИМЕР 2

Задание Вычислите относительную плотность по воздуху углекислого газа CO2. Решение Для того, чтобы вычислить относительную плотность одного газа по другому, надо относительную молекулярную массу первого газа разделить на относительную молекулярную массу второго газа. Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух – это смесь газов. Dair(CO2) = Mr(CO2) / Mr(air); Dair(CO2) = 44 / 29 = 1,52. Mr(CO2) = Ar(C) + 2 ×Ar(O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44. Ответ Относительная плотность по воздуху углекислого газа равна 1,52.

Теги