Як визначити щільність водню

Як визначити щільність водню
 

Водень (від латинського «Hydrogenium» — «породжує воду») — перший елемент таблиці Менделєєва. Широко розповсюджений, існує у вигляді трьох ізотопів — протію, дейтерію та тритію. Водень являє собою легкий безбарвний газ (в 14,5 разів легше повітря). У суміші з повітрям і киснем вельми вибухонебезпечний. Використовується в хімічній, харчовій промисловості, а також в якості ракетного палива. Ведуться дослідження з можливості використання водню в якості палива для автомобільних двигунів. Щільність водню (як і будь-якого іншого газу) можна визначити різними способами.


Інструкція

  1. По-перше, виходячи з універсального визначення щільності — кількість речовини в одиниці об’єму. У тому випадку, якщо чистий водень знаходиться в герметичній посудині, щільність газу визначається елементарно, за формулою (М1 — М2) / V, де М1 — загальна маса посудини з газом, М2 — маса порожнього судини, а V — внутрішній об’єм посудини. < / p>

  2. Якщо ж потрібно визначити щільність водню, маючи такі вихідні дані, як його температура і тиск, тут на допомогу приходить універсальний рівняння стану ідеального газу, або рівняння Менделєєва — Клапейрона: PV = (mRT) / M.
    P — тиск газу
    V — його об’єм
    R — універсальна газова стала
    Т — температура газу в градусах Кельвіна
    M — молярна маса газу
    m — фактична маса газу.

  3. Ідеальним газом вважається така математична модель газу, в якій потенційною енергією взаємодії молекул в порівнянні з їх кінетичною енергією можна знехтувати. У моделі ідеального газу між молекулами не діють сили тяжіння або відштовхування, а зіткнення частинок з іншими частинками або стінками судини, абсолютно пружні.

  4. Зрозуміло, ні водень, ні інший газ не є ідеальним, але ця модель дозволяє проводити обчислення з досить високою точністю при умовах, близьких до атмосферного тиску і кімнатній температурі. Наприклад, дана задача: знайти щільність водню при тиску 6 атмосфер і температурі 20 градусів за Цельсієм.

  5. Спочатку переведіть всі вихідні величини в систему СІ (6 атмосфер = 607950 Па, 20 градусів Ц = 293 градуса К). Потім напишіть рівняння Менделєєва-Клапейрона PV = (mRT) / M. Перетворіть його у вигляді: P = (mRT) / MV. Оскільки m / V є щільність (відношення маси речовини до його об’єму), то отримуєте: щільність водню = PM / RT, причому всі необхідні дані для вирішення у нас є. Ви знаеете величину тиску (607950), температуру (293), універсальну газову постійну (8,31), молярну масу водню (0,002).

  6. Підставивши ці дані в формулу, ви отримаєте: щільність водню при заданих умовах тиску і температури дорівнює 0,499 кг / кубічний метр, або приблизно 0,5.