Gaz - bir gazın bağıl moleküler veya molar kütlesinin başka bir gazınkiyle karşılaştırılması. Kural olarak, en hafif gaz olan hidrojene göre tanımlanır. Gazlar da sıklıkla havayla karşılaştırılır.

Karşılaştırma için hangi gazın seçildiğini göstermek amacıyla, test gazının bağıl yoğunluk simgesinin önüne bir indeks eklenir ve adı parantez içinde yazılır. Örneğin DH2(SO2). Bu, yoğunluğun hidrojen kullanılarak hesaplandığı anlamına gelir. Bu, "kükürt oksidin hidrojen üzerindeki yoğunluğu" olarak okunur.

Hidrojen bazlı bir gazın yoğunluğunu hesaplamak için, periyodik tablo kullanılarak incelenen gazın ve hidrojenin molar kütlelerinin belirlenmesi gerekir. Klor ve hidrojen ise göstergeler şu şekilde görünecektir: M(Cl2) = 71 g/mol ve M(H2) = 2 g/mol. Hidrojenin yoğunluğu klorun yoğunluğuna (71:2) bölünürse sonuç 35,5 olur. Yani klor hidrojenden 35,5 kat daha ağırdır.

Bir gazın bağıl yoğunluğu hiçbir şekilde dış koşullara bağlı değildir. Bu, sıcaklık ve basınçtaki değişikliklerin hacimlerinde bir değişikliğe yol açmadığı gerçeğine indirgenen gazların durumunun evrensel yasalarıyla açıklanmaktadır. Bu göstergelerdeki herhangi bir değişiklik için ölçümler tamamen aynı şekilde yapılır.

Bir gazın yoğunluğunu deneysel olarak belirlemek için içine yerleştirilebileceği bir şişeye ihtiyacınız olacaktır. Gazlı şişe iki kez tartılmalıdır: ilk kez içindeki tüm havayı dışarı pompalayarak; ikincisi - incelenen gazla doldurmak. Şişenin hacmini önceden ölçmek de gereklidir.

Öncelikle kütle farkını hesaplamanız ve bunu şişenin hacmine bölmeniz gerekir. Sonuç, verilen koşullar altında gaz yoğunluğu olacaktır. Durum denklemini kullanarak istenen göstergeyi normal veya ideal koşullar altında hesaplayabilirsiniz.

Hazır bilgiler içeren bir özet tablo kullanarak bazı gazların yoğunluğunu öğrenebilirsiniz. Gaz tabloya dahilse, bu bilgiyi herhangi bir ek hesaplamaya veya formül kullanımına gerek kalmadan alabilirsiniz. Örneğin, suyun buhar yoğunluğu, su özellikleri tablosundan (Rivkin S.L. ve ark.'nın El Kitabı), elektronik analogundan veya WaterSteamPro ve diğerleri gibi programlar kullanılarak öğrenilebilir.

Bununla birlikte, farklı sıvılar için, buharla denge, ikincisinin farklı yoğunluklarında meydana gelir. Bu, moleküller arası etkileşim kuvvetlerindeki farkla açıklanmaktadır. Ne kadar yüksek olursa denge o kadar hızlı oluşur (örneğin cıva). Uçucu sıvılar (örneğin eter) için denge yalnızca önemli bir buhar yoğunluğunda meydana gelebilir.

Çeşitli doğal gazların yoğunluğu 0,72 ila 2,00 kg/m3 ve daha yüksek, göreceli olarak 0,6 ila 1,5 ve daha yüksek arasında değişir. En yüksek yoğunluk, en yüksek ağır hidrokarbon H2S, CO2 ve N2 içeriğine sahip gazlar içindir, en düşük yoğunluk ise kuru metan gazları içindir.

Özellikleri bileşimi, sıcaklığı, basıncı ve yoğunluğu ile belirlenir. İkinci gösterge laboratuvarda belirlenir. Yukarıdakilerin hepsine bağlıdır. Yoğunluğu farklı yöntemler kullanılarak belirlenebilir. En doğru olanı, ince duvarlı bir cam kap içerisinde hassas terazide tartımdır.

Doğal gazlar için aynı göstergeden daha fazlası. Pratikte bu oran 0,6:1 olarak alınır. Statik gaza göre daha hızlı azalır. 100 MPa'ya kadar olan basınçlarda doğal gazın yoğunluğu 0,35 g/cm3'ü aşabilir.

Artışa hidrat oluşum sıcaklığındaki artışın eşlik edebileceği tespit edilmiştir. Düşük yoğunluklu doğal gaz, yüksek yoğunluklu gazlara göre daha yüksek sıcaklıklarda hidratlar oluşturur.

Yoğunluk ölçerler henüz yeni kullanılmaya başlıyor ve bunların çalıştırılması ve test edilmesinin özellikleriyle ilgili birçok soru var.

ρ = m (gaz) / V (gaz)

D'ye göre Y (X) = M (X) / M (Y)

Bu yüzden:
Hava yoluyla D = M (gaz X) / 29

Gazın dinamik ve kinematik viskozitesi.

Gazların viskozitesi (iç sürtünme olgusu), birbirine paralel ve farklı hızlarda hareket eden gaz katmanları arasındaki sürtünme kuvvetlerinin ortaya çıkmasıdır.
İki gaz katmanının etkileşimi, momentumun bir katmandan diğerine aktarıldığı bir süreç olarak kabul edilir.
İki gaz katmanı arasındaki birim alan başına, birim alan boyunca katmandan katmana saniyede iletilen darbeye eşit olan sürtünme kuvveti şu şekilde belirlenir: Newton yasası:

- gaz katmanlarının hareket yönüne dik yöndeki hız gradyanı.
Eksi işareti momentumun azalan hız yönünde aktarıldığını gösterir.
- dinamik viskozite.
, Nerede
- gaz yoğunluğu,
- moleküllerin aritmetik ortalama hızı,
- moleküllerin ortalama serbest yolu.

- kinematik viskozite katsayısı.

Kritik gaz parametreleri: Tcr, Pcr.

Kritik sıcaklık, herhangi bir basınçta gazın sıvı hale dönüştürülemeyeceği sıcaklıktır. Bir gazı kritik bir sıcaklıkta sıvılaştırmak için gereken basınca kritik denir. Verilen gaz parametreleri. Verilen parametreler, gaz durumunun gerçek parametrelerinin (basınç, sıcaklık, yoğunluk, özgül hacim) kritik olanlardan kaç kat daha büyük veya daha küçük olduğunu gösteren boyutsuz niceliklerdir:

Sondaj üretimi ve yeraltı gaz depolama.

Gaz yoğunluğu: mutlak ve bağıl.

Gaz yoğunluğu en önemli özelliklerinden biridir. Bir gazın yoğunluğundan bahsederken, genellikle onun normal koşullardaki (yani sıcaklık ve basınçtaki) yoğunluğunu kastediyoruz. Ek olarak, bir gazın bağıl yoğunluğu sıklıkla kullanılır; bu, belirli bir gazın yoğunluğunun, aynı koşullar altında havanın yoğunluğuna oranı anlamına gelir. Bir gazın bağıl yoğunluğunun, bulunduğu koşullara bağlı olmadığını görmek kolaydır, çünkü gaz durumu yasalarına göre, tüm gazların hacimleri basınç ve sıcaklıktaki değişikliklerle eşit olarak değişir.

Bir gazın mutlak yoğunluğu, normal koşullar altında 1 litre gazın kütlesidir. Genellikle gazlar için g/l cinsinden ölçülür.

ρ = m (gaz) / V (gaz)

1 mol gaz alırsak:

ve bir gazın molar kütlesi, yoğunluğun molar hacimle çarpılmasıyla bulunabilir.

Bağıl yoğunluk D, X gazının Y gazından kaç kat daha ağır olduğunu gösteren bir değerdir. X ve Y gazlarının molar kütlelerinin oranı olarak hesaplanır:

D'ye göre Y (X) = M (X) / M (Y)

Çoğu zaman, hesaplamalar için hidrojen ve havanın bağıl gaz yoğunlukları kullanılır.

X gazının hidrojene göre bağıl yoğunluğu:

D, H2 = M (gaz X) / M (H2) = M (gaz X) / 2

Hava bir gaz karışımı olduğundan yalnızca ortalama molar kütle hesaplanabilir.

Değeri 29 g/mol (yaklaşık ortalama bileşime göre) olarak alınmıştır.
Bu yüzden:
Hava yoluyla D = M (gaz X) / 29

Talimatlar

Sorunun üstesinden gelmek için bağıl yoğunluk formüllerini kullanmak gerekir:

İlk olarak, D.I. tablosundan hesaplanabilen amonyağın bağıl moleküler ağırlığını bulun. Mendeleev.

Ar (N) = 14, Ar (H) = 3 x 1 = 3, dolayısıyla
Bay (NH3) = 14 + 3 = 17

Havadaki bağıl yoğunluğu belirlemek için elde edilen verileri formülde değiştirin:
D (hava) = Bay (amonyak) / Bay (hava);
D (hava) = Bay (amonyak) / 29;
D (hava) = 17/29 = 0,59.

Örnek No. 2. Amonyağın hidrojene olan bağıl yoğunluğunu hesaplayın.

Hidrojenin bağıl yoğunluğunu belirlemek için verileri formülde değiştirin:
D (hidrojen) = Bay (amonyak) / Bay (hidrojen);
D (hidrojen) = Bay (amonyak)/ 2;
D (hidrojen) = 17/2 = 8,5.

Hidrojen (Latince "Hidrojenyum" - "su üreten" kelimesinden gelir) periyodik tablonun ilk elementidir. Yaygın olarak dağıtılmış olup, üç izotop formunda bulunur - protium, döteryum ve trityum. Hidrojen hafif, renksiz bir gazdır (havadan 14,5 kat daha hafif). Hava ve oksijenle karıştığında oldukça patlayıcıdır. Kimya ve gıda endüstrilerinde ve ayrıca roket yakıtı olarak kullanılır. kullanma olasılığına yönelik araştırmalar sürüyor hidrojen otomobil motorlarında yakıt olarak. Yoğunluk hidrojen(diğer gazlar gibi) farklı şekillerde belirlenebilir.

Talimatlar

Birincisi, yoğunluğun evrensel tanımına dayanmaktadır - birim hacim başına madde miktarı. Kapalı bir kapta ise, gazın yoğunluğu basitçe (M1 – M2)/V formülüyle belirlenir; burada M1, gaz içeren kabın toplam kütlesidir, M2 boş kabın kütlesidir ve V kabın iç hacmidir.

Yoğunluğu belirlemeniz gerekiyorsa hidrojen Burada ideal bir gazın evrensel durum denklemi veya Mendeleev-Clapeyron denklemi gibi başlangıç ​​verileri imdadımıza yetişiyor: PV = (mRT)/M.
P – gaz basıncı
V – hacmi
R – evrensel gaz sabiti
T – Kelvin cinsinden gaz sıcaklığı
M – gazın molar kütlesi
m gerçek gaz kütlesidir.

İdeal bir gaz, moleküllerin potansiyel enerjisinin kinetik enerjisine kıyasla ihmal edilebildiği matematiksel bir gaz olarak kabul edilir. İdeal gaz modelinde moleküller arasında çekme veya itme kuvveti yoktur ve parçacıkların diğer parçacıklarla veya kabın duvarlarıyla çarpışması kesinlikle elastiktir.

Elbette ne hidrojen ne de başka bir gaz ideal değildir ancak bu model, atmosfer basıncına ve oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda oldukça yüksek doğrulukta hesaplamalara olanak tanır. Örneğin, verilen görev: yoğunluğu bulma hidrojen 6 basınçta ve 20 santigrat derece sıcaklıkta.

Öncelikle tüm orijinal değerleri SI sistemine dönüştürün (6 atmosfer = 607950 Pa, 20 derece C = 293 derece K). Daha sonra Mendeleev-Clapeyron denklemini PV = (mRT)/M yazın. Bunu şu şekilde dönüştürün: P = (mRT)/MV. m/V yoğunluk olduğundan (bir maddenin kütlesinin hacmine oranı), şunu elde edersiniz: yoğunluk hidrojen= PM/RT ve çözüm için gerekli tüm verilere sahibiz. Basınç değerini (607950), sıcaklığı (293), evrensel gaz sabitini (8,31), molar kütleyi biliyorsunuz hidrojen (0,002).

Bu verileri formülde yerine koyarsak şunu elde ederiz: yoğunluk hidrojen verilen basınç ve sıcaklık koşulları altında 0,499 kg/metreküp veya yaklaşık olarak 0,5'tir.

Kaynaklar:

• Hidrojenin yoğunluğu nasıl bulunur

Yoğunluk- bu, bir maddenin kütle, hacim, sıcaklık, alan ile aynı özelliklerinden biridir. Kütlenin hacme oranına eşittir. Asıl görev, bu değerin nasıl hesaplanacağını öğrenmek ve neye bağlı olduğunu bilmektir.

Talimatlar

Yoğunluk bir maddenin kütlesinin hacmine sayısal oranıdır. Bir maddenin yoğunluğunu belirlemek istiyorsanız, kütlesini ve hacmini biliyorsanız yoğunluğunu bulmak sizin için zor olmayacaktır. Bu durumda yoğunluğu bulmanın en basit yolu p = m/V'dir. SI sisteminde kg/m^3 cinsindendir. Ancak bu iki değer her zaman verilmediğinden yoğunluğun hesaplanabileceği birkaç yolu bilmelisiniz.

Yoğunluk maddenin türüne göre farklı anlamlar taşır. Ayrıca yoğunluk tuzluluk ve sıcaklığa bağlı olarak değişir. Sıcaklık düştükçe yoğunluk artar, tuzluluk derecesi azaldıkça yoğunluk da azalır. Örneğin Kızıldeniz'in yoğunluğunun hâlâ yüksek olduğu düşünülüyor, ancak Baltık Denizi'nde zaten daha düşük. Hepiniz ona su eklerseniz yüzdüğünü fark ettiniz mi? Bütün bunlar, yoğunluğun sudan daha düşük olması nedeniyle olur. Metaller ve taş maddeler ise yoğunlukları daha yüksek olduğundan batarlar. Vücut yoğunluğuna göre yüzmeleri belirlendi.

Yüzen cisimler teorisi sayesinde, bir cismin yoğunluğunu, suyun, tüm cismin hacmini ve batan kısmının hacmini bulabilirsiniz. Bu formül şuna benzer: Vimmer. parçalar / V cisim = p cisim / p sıvı Buradan cismin yoğunluğunun şu şekilde bulunabileceği sonucu çıkar: p cisim = V suya batabilir. parçalar * p sıvı / V gövde Bu koşul, tablo verilerine ve belirtilen batırılmış V hacimlerine göre karşılanır. vücudun parçaları ve V.

Konuyla ilgili video

İpucu 4: Bir maddenin bağıl moleküler kütlesi nasıl hesaplanır?

Bağıl molekül ağırlığı, bir molekülün kütlesinin, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinden kaç kat daha büyük olduğunu gösteren boyutsuz bir miktardır. Buna göre bir karbon atomunun kütlesi 12 birimdir. Bir kimyasal bileşiğin bağıl moleküler kütlesi, maddenin molekülünü oluşturan atomların kütlelerinin toplanmasıyla belirlenebilir.

İhtiyacın olacak

• - dolma kalem;
• - notlar için kağıt;
• - hesap makinesi;
• - periyodik tablo.

Talimatlar

Periyodik tabloda bu molekülü oluşturan elementlerin hücrelerini bulun. Her maddenin bağıl atom kütlesi (Ar) değerleri hücrenin sol alt köşesinde gösterilir. Bunları en yakın tam sayıya yuvarlayarak yeniden yazın: Ar(H) – 1; Ar(P) – 31; Ar(O) – 16.

Bileşiğin (Bay) bağıl moleküler kütlesini belirleyin. Bunu yapmak için her elementin atom kütlesini atom sayısıyla çarpın. Daha sonra elde edilen değerleri toplayın. Ortofosforik asit için: Mr(h3po4) = 3*1 + 1*31 + 4*16 = 98.

Bağıl moleküler kütle sayısal olarak maddenin molar kütlesine eşittir. Bazı görevler bu bağlantıyı kullanır. Örnek: 200 K sıcaklıkta ve 0,2 MPa basınçta bir gazın yoğunluğu 5,3 kg/m3'tür. Bağıl molekül ağırlığını belirleyin.

İdeal bir gaz için Mendeleev-Cliperon denklemini kullanın: PV = mRT/M, burada V gaz hacmidir, m3; m - belirli bir gaz hacminin kütlesi, kg; M – gazın molar kütlesi, kg/mol; R – evrensel gaz sabiti. R=8.314472 m2kg s-2 K-1 Mol-1; T – gaz, K; P - mutlak basınç, Pa. Bu ilişkiden molar kütleyi ifade edin: M = mRT/(PV).

Bilindiği gibi yoğunluklar: p = m/V, kg/m3. Bunu ifadede değiştirin: M = pRT/P. Gazın molar kütlesini belirleyin: M = 5,3*8,31*200/(2*10^5) = 0,044 kg/mol. Gazın bağıl moleküler ağırlığı: Mr = 44. Karbon dioksit olduğunu varsayabilirsiniz: Mr(CO2) = 12 + 16*2 = 44.

Kaynaklar:

• bağıl molekül ağırlıklarını hesapla

Kimya laboratuvarlarında ve evde kimyasal deneyler yaparken, genellikle belirli bir maddenin bağıl yoğunluğunu belirlemek gerekir. Bağıl yoğunluk, belirli bir maddenin yoğunluğunun, belirli koşullar altında bir başka maddenin yoğunluğuna veya damıtılmış su olan bir referans maddenin yoğunluğuna oranıdır. Göreceli yoğunluk soyut bir sayı olarak ifade edilir.

İhtiyacın olacak

• - tablolar ve referans kitapları;
• - hidrometre, piknometre veya özel teraziler.

Talimatlar

Damıtılmış suyun yoğunluğuna göre maddelerin bağıl yoğunluğu şu formülle belirlenir: d=p/p0, burada d istenen bağıl yoğunluktur, p incelenen maddenin yoğunluğudur, p0 referansın yoğunluğudur madde. Son parametre tablo şeklindedir ve oldukça doğru bir şekilde tanımlanmıştır: 20°C'de suyun yoğunluğu 998,203 kg/m3'tür ve maksimum yoğunluğuna 4°C - 999,973 kg/m3'te ulaşır. Hesaplamalar yapmadan önce p ve p0'ın aynı birimlerle ifade edilmesi gerektiğini unutmayın.

Ayrıca bir maddenin bağıl yoğunluğu fiziksel ve kimyasal referans kitaplarında bulunabilir. Bağıl yoğunluğun sayısal değeri her zaman aynı maddenin aynı koşullar altında bağıl özgül ağırlığına eşittir. Sonuç: Göreceli özgül ağırlık tablolarını, bağıl yoğunluk tablolarını kullandığınız gibi kullanın.

Bağıl yoğunluğu belirlerken daima test ve referans maddelerinin sıcaklığını dikkate alın. Gerçek şu ki, maddelerin yoğunluğu soğutmayla birlikte azalır ve artar. Test maddesinin sıcaklığı standarttan farklıysa düzeltme yapın. Bunu, 1°C başına bağıl yoğunluktaki ortalama değişiklik olarak hesaplayın. Sıcaklık düzeltme nomogramlarını kullanarak gerekli verileri arayın.

Pratikte sıvıların bağıl yoğunluğunu hızlı bir şekilde hesaplamak için bir hidrometre kullanın. Bağıl ve kuru maddeleri ölçmek için piknometreler ve özel teraziler kullanın. Klasik bir hidrometre, alt kısımda genişleyen bir cam tüptür. Borunun alt ucunda bir hazne veya özel bir madde bulunmaktadır. Tüpün üst kısmında, incelenen maddenin bağıl yoğunluğunun sayısal değerini gösteren bölmeler bulunmaktadır. Birçok hidrometre, incelenen maddenin sıcaklığını ölçmek için ek olarak termometrelerle donatılmıştır.

Avogadro yasası

Gaz halindeki bir maddenin moleküllerinin birbirinden uzaklığı dış koşullara bağlıdır: basınç ve sıcaklık. Aynı dış koşullar altında farklı gazların molekülleri arasındaki boşluklar aynıdır. 1811'de keşfedilen Avogadro yasası, aynı dış koşullar (sıcaklık ve basınç) altında eşit hacimdeki farklı gazların aynı sayıda molekül içerdiğini belirtir. Onlar. eğer V1=V2, T1=T2 ve P1=P2 ise N1=N2, burada V hacim, T sıcaklık, P basınç, N gaz moleküllerinin sayısıdır (bir gaz için indeks “1”, “2” diğeri için).

Avogadro yasasının ilk sonucu, molar hacim

Avogadro yasasının ilk sonucu, aynı koşullar altında herhangi bir gazın aynı sayıda molekülünün aynı hacmi kapladığını belirtir: V1=V2, N1=N2, T1=T2 ve P1=P2. Herhangi bir gazın bir molünün hacmi (molar hacim) sabit bir değerdir. 1 molün Avogadro sayısı kadar parçacık (6,02x10^23 molekül) içerdiğini hatırlayalım.

Dolayısıyla bir gazın molar hacmi yalnızca basınca ve sıcaklığa bağlıdır. Gazlar genellikle normal basınçta ve normal sıcaklıkta kabul edilir: 273 K (0 santigrat derece) ve 1 atm (760 mm Hg, 101325 Pa). "n.s." olarak adlandırılan bu tür normal koşullar altında herhangi bir gazın molar hacmi 22,4 l/mol'dür. Bu değeri bilerek herhangi bir kütlenin ve herhangi bir gaz miktarının hacmini hesaplayabilirsiniz.

Avogadro yasasının ikinci sonucu, gazların bağıl yoğunlukları

Gazların bağıl yoğunluklarını hesaplamak için Avogadro yasasının ikinci sonucu kullanılır. Tanım olarak bir maddenin yoğunluğu, kütlesinin hacmine oranıdır: ρ=m/V. 1 mol madde için kütle molar kütle M'ye, hacim ise molar hacim V(M)'ye eşittir. Dolayısıyla gaz yoğunluğu ρ=M(gaz)/V(M) olur.

İki gaz olsun – X ve Y. Bunların yoğunlukları ve molar kütleleri – ρ(X), ρ(Y), M(X), M(Y), birbirleriyle şu ilişkilerle ilişkilidir: ρ(X)=M (X)/ V(M), ρ(Y)=M(Y)/V(M). Dy(X) olarak gösterilen, X gazının Y gazına göreli yoğunluğu, bu gazların yoğunluklarının oranıdır: ρ(X)/ρ(Y): Dy(X)=ρ(X)/ρ(Y) =M(X)xV(M)/V(M)xM(Y)=M(X)/M(Y). Molar hacimler azalır ve bundan, gaz X'in gaz Y'ye göreli yoğunluğunun, molar veya bağıl moleküler kütlelerinin oranına eşit olduğu sonucuna varabiliriz (sayısal olarak eşittirler).

Gaz yoğunlukları genellikle tüm gazların en hafifi olan ve molar kütlesi 2 g/mol olan hidrojene göre belirlenir. Onlar. eğer sorun bilinmeyen bir X gazının hidrojen yoğunluğunun örneğin 15 olduğunu söylüyorsa (göreceli yoğunluk boyutsuz bir değerdir!), o zaman molar kütlesini bulmak zor olmayacaktır: M(X)=15xM(H2)=15x2= 30 gr/mol. Gazın havaya göre bağıl yoğunluğu da sıklıkla belirtilir. Burada havanın ortalama bağıl moleküler ağırlığının 29 olduğunu ve 2 ile değil 29 ile çarpmanız gerektiğini bilmeniz gerekir.

Sorular: Doğal gazların bileşimi ve fizikokimyasal özellikleri, sınıflandırılması. Gaz karışımları, gaz yoğunluğu, gaz karışımının bileşimi. İdeal gaz karışımında kısmi basınç ve hacim. Doğal gazların fiziksel özelliklerinin hesaplanmasına yönelik analitik yöntemler. Gaz viskozitesi

Doğal gazların bileşimi ve fizikokimyasal özellikleri. Doğal gazların sınıflandırılması

Saf gaz, petrol ve gaz yoğuşma alanlarından çıkarılan doğal gazlar, homolog metan serisinin (CnH2n + 2) hidrokarbonlarının yanı sıra hidrokarbon olmayan bileşenlerden oluşur: nitrojen (N2), karbondioksit (CO2) , hidrojen sülfür (H2S), nadir toprak (inert) gazlar (helyum, argon, kripton, ksenon), cıva. Bir hidrokarbon molekülündeki karbon atomu sayısı n, 17 veya daha fazlasına ulaşabilir.

Normal koşullar altında (P = 0,1 MPa ve T = 273 K) metan (CH4), etan (C2H6) ve etilen (C2H4) gerçek gazlardır. Propan (C3H8), propilen (C3H6), izobütan (i-C4H10), normal bütan (n-C4H10), butilenler C4H8) atmosferik koşullar altında buhar (gaz halinde) haldedir, yüksek basınçlarda - sıvı halde. Sıvı (sıvılaştırılmış, sıvılaştırılmış) hidrokarbon gazlarının bir parçasıdırlar.

İzopentan (i-C 5 H 12) ve daha ağır olanları (17 > ​​n > 5) ile başlayan hidrokarbonlar, atmosferik koşullar altında sıvı haldedir. Benzin fraksiyonunun bir parçasıdırlar. Molekülleri tek zincir halinde düzenlenmiş 18 veya daha fazla karbon atomundan (C18H38'den) oluşan hidrokarbonlar, atmosferik koşullar altında katı haldedir.

Doğal gazlar üç gruba ayrılır:

1. Tamamen gaz alanlarından çıkarılan, ağır hidrokarbonlardan arındırılmış kuru gaz.

2. Petrolle birlikte üretilen kuru gaz, propan-bütan fraksiyonu (sıvılaştırılmış gaz) ve gaz benzininin bir karışımı.

3. Gaz yoğuşma alanlarından üretilen kuru gaz ve sıvı hidrokarbon yoğuşması.

Hidrokarbon yoğuşması, benzin, nafta, kerosen ve bazen daha ağır yağlı fraksiyonların ayırt edilebildiği çok sayıda ağır hidrokarbondan oluşur.

Endüstrinin katı yakıtlardan (bitkili şist, kahverengi kömür vb.) elde edilen yapay gazları kullandığı unutulmamalıdır.

Gaz karışımları. Gazların yoğunluğu

Bir cismin yoğunluğu veya hacimsel kütlesi, hareketsiz durumdaki bir cismin kütlesinin hacmine oranı olarak anlaşılır.

Normal fiziksel koşullar altında gaz yoğunluğu (0,1013 MPa ve 273 K'de) aşağıdaki formülle belirlenebilir

(1)

nerede M - moleküler ağırlık.

Gaz yoğunluğu 0,1013 MPa'lık bir basınçta belirtilirse, ideal bir gaz için başka bir basınca (aynı sıcaklıkta) yeniden hesaplanması formüle göre gerçekleştirilir.

(2)

burada P basınçtır, MPa.

Genellikle bir gazı karakterize etmek için normal koşullar altında havadaki bağıl yoğunluğu (0,1013 MPa ve 273 K) kullanılır.

(3)

Gaz endüstrisindeki ticari hesaplamalar standart fiziksel koşullar altında gerçekleştirilir - 0,1013 MPa ve 293 K.

Gaz karışımının bileşimi

Gaz karışımları (sıvı ve buhar karışımlarının yanı sıra) bileşenlerin kütle veya molar konsantrasyonlarıyla karakterize edilir. Gaz karışımının hacimsel bileşimi yaklaşık olarak molar olanla çakışmaktadır, çünkü Avogadro yasasına göre aynı fiziksel koşullar altında 1 kmol ideal gazın hacmi aynı sayısal değere sahiptir, özellikle 273 K ve 0,1013 MPa'da bunlar 22,41 m'dir. 3.

Bir gaz karışımını karakterize etmek için onun ortalama moleküler ağırlığını, ortalama yoğunluğunu (kg/m3 cinsinden) veya havadaki bağıl yoğunluğunu bilmeniz gerekir.

Karışımın yüzde olarak molar bileşimi biliniyorsa, ortalama moleküler ağırlık aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır.

burada y 1, y 2, ..., y n bileşenlerin molar (hacim) kesirleridir, %;

M l, M 2, ..., M n - bileşenlerin moleküler ağırlıkları.

Karışımın kütle bileşimi verilirse, ortalama moleküler ağırlığı formülle belirlenir.

(5)

burada g 1,g 2,...,g n bileşenlerin kütle kesirleridir, %.

Karışımın yoğunluğu ρ cm, (1)'e benzer bir formül kullanılarak ortalama molekül ağırlığı M cm'nin hesaplanan değeri ile belirlenir.

(6)

Karışımın bağıl yoğunluğu aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır

(7)

Nerede ρ santimetre ve ρ V- karışımın ve havanın yoğunluğu sırasıyla 273 K ve 0,1013 MPa'dır.

İdeal gaz karışımındaki bir bileşenin kısmi basıncı ve hacmi

İdeal gaz karışımları, kısmi basınçların ve kısmi hacimlerin toplamı ile karakterize edilir. Bu, ideal gazlardan oluşan bir karışımdaki her bir gazın, belirli bir hacimde tek başınaymış gibi davrandığı anlamına gelir.

Bir gazın kısmi basıncı, bir gaz karışımında bulunan bir gazın, karışımın tüm hacmini kaplaması ve sabit bir başlangıç ​​hacmi ve sıcaklıkta olması durumunda uygulayacağı basınçtır.

Kısmi hacim, gaz karışımındaki gazın, karışımın tamamıyla aynı basınç ve sıcaklıkta olması durumunda kaplayacağı hacimdir.

Kısmi basınçların toplamsallığı Dalton yasasıyla ifade edilir; buna göre

(8)

Nerede R - gaz karışımının toplam basıncı;

P Ben - karışımdaki i-th bileşeninin kısmi basıncı;

(9)

(10)

Nerede N Ben - karışımdaki i-inci bileşenin mol sayısı;

N - karışımın toplam mol sayısı;

en Ben - N Ben / N- karışımdaki i'inci bileşenin mol kesri.

Böylece bileşenin kısmi basıncı R Ben ideal gazlardan oluşan bir karışımdaki karışımdaki mol fraksiyonunun çarpımına eşittir sen Ben gaz karışımının toplam basıncına göre R.

Bir gaz karışımının bileşenlerinin kısmi hacimlerinin toplanabilirliği Amag yasasıyla ifade edilir.

(11)

Nerede V- karışımın toplam hacmi ;

V Ben, - karışımdaki i'inci bileşenin kısmi hacmi.

(12)

(13)

Böylece ideal gaz karışımındaki bir bileşenin kısmi hacmi; V Ben - mol fraksiyonunun çarpımına eşit en Ben toplam hacim başına karışımda V gaz karışımları.

Doğal gazların fiziksel özelliklerinin hesaplanması için analitik yöntemler

Doğal gazların birçok fiziksel özelliğini belirlemek için durum denklemi kullanılır; bu, değişimi tanımlayan parametreler arasındaki analitik ilişkidir.

basit veya karmaşık madde (basınç, hacim ve sıcaklık).

Clapeyron ve Mendeleev ideal gazlar için aşağıdaki hal denklemini önerdiler:

(14)

Nerede R- mutlak basınç. Baba;

V- hacim, m3;

G- maddenin kütlesi, kg;

T- mutlak sıcaklık, K;

R- spesifik gaz sabiti, J/(kg K).

İdeal bir gaz, moleküllerin kendi hacmi, gazın kapladığı hacimle karşılaştırıldığında ihmal edilebilir düzeyde olan ve moleküller arasında herhangi bir etkileşimin olmadığı bir gazdır.

Termodinamik açıdan ideal bir gaz, aşağıdaki eşitliği sağlayan gazdır:

(15)

burada E buharlaşmanın iç enerjisidir, J/mol veya

(16)

Nerede z - Gerçek bir gazın ideal gaz yasasından sapma katsayısı.

Birçok araştırmacı tarafından gerçekleştirilen denklemin (14) deneysel olarak doğrulanması, yüksek basınçlarda gerçek gazların özelliklerinde meydana gelen değişikliklerin bağımlılıkla açıklanamayacağını göstermiştir (16).

Hollandalı fizikçi Van der Waals, 1879'da Clapeyron-Mendeleev denklemine ek terimler ekleyerek gaz moleküllerinin içsel hacmini ve bunların karşılıklı çekim kuvvetlerini hesaba katmayı önerdi:

(17)

Nerede v-V/ G- gazın özgül hacmi, m3 /kg;

a/v 2 - moleküler yapışma sabiti. Baba;

B- moleküllerin içsel hacminin düzeltilmesi, m3.

Denklem (17)'de terim a/v 2 , hacimdeki tüm moleküllerin çekici kuvvetlerinin sonucu olan iç basıncı ifade eder. V. Dış basınca eklenir. Bu denklem yaklaşıktır.

Maddenin kritik durumu için ilişkilerde

(18)

ihtimaller A Ve B kritik baskı yoluyla ifade edilen R cr ve kritik sıcaklık T cr aşağıdaki gibi:

;
(19)

Van der Waals değişikliğin şunu tespit etti: B Küresel şekle sahip moleküllerin hacmi başına moleküllerin hacminin dört katına eşittir.

Denklem (17) yaklaşıktır. Oranlar A Ve B gerçekte gaz moleküllerinin hacminin, sıcaklığının ve şeklinin karmaşık fonksiyonlarıdır.

Saf bir maddenin kritik sıcaklığı, sıvı ve buhar fazlarının dengede bir arada bulunabileceği maksimum sıcaklık veya ortalama moleküler kinetik enerjinin, moleküllerin potansiyel çekim enerjisine eşit olduğu sıcaklıktır. Daha yüksek sıcaklıklarda sıvı fazın varlığı imkansızdır.

Bir maddenin kritik sıcaklıktaki buhar basıncına kritik basınç denir ve maddenin mol veya diğer kütle birimi başına hacmine kritik özgül hacim denir. Kritik sıcaklığa genellikle, herhangi bir değerdeki basıncın etkisi altında bir gazın sıvıya dönüştürülemeyeceği sıcaklık denir.

Şek. 1. Saf maddelerin basıncının (doymuş buhar elastikiyeti) sıcaklığa bağımlılığı gösterilmiştir. Bu bağımlılık, 10 MPa'ya kadar basınçlarda ve 283 ila 293 K arasındaki sıcaklıklarda gerçek gazların özelliklerindeki değişimi daha doğru bir şekilde tanımlar, ancak doğal gaz birikintilerinin çok bileşenli karışımlarının özelliklerindeki değişikliği sayısal olarak tanımlayamaz.

Şekil 1. Saf maddelerin basıncının (doymuş buhar basıncı) sıcaklığa bağımlılığı

Bir gazı kritik bir sıcaklıkta sıvılaştırmak için gereken basınca kritik denir. Kritik basınç ve kritik sıcaklığa ek olarak, kritik basınç ve sıcaklıkta bir mol gazın hacmine eşit olan kritik hacim kavramı da tanıtıldı. Bireysel bileşenlerin bir karışımı olan doğal gazlar için değerler R cr Ve T cr ortalama kritik (sözde kritik) olarak tanımlanır.

Karışımın ortalama kritik basıncı ve sıcaklığı aşağıdaki formüllerle belirlenebilir:

Nerede X 1 , X 2 …X N- gaz bileşimine dahil edilen bileşenlerin hacim oranları;

- bileşenlerin kritik basınçları;

- bileşenlerin kritik sıcaklıkları.

Doğal bir hidrokarbon karışımı Z cm'nin süper sıkıştırılabilirlik katsayısının, Şekil 1.2'de sunulan grafiksel bağımlılıktan belirlenebileceğine dikkat edilmelidir.

Gazın bağıl yoğunluğu biliniyorsa , daha sonra doğal gazın ortalama kritik basıncı ve sıcaklığı grafiklerden belirlenebilir. Doğal gaz N 2, CO 2 veya H 2 Sv değerlerini içerdiğinde R cr Ve T İle r Uygun değişiklikler yapılır. N 2 , CO 2 veya H 2 S içeriği hacimce %15'i aştığında, belirlemek için grafikler yerine R cr Ve T İle p (1.20) formülünü kullanmalıdır.

Pirinç. 1.2. Standing ve Katz'a göre süper sıkıştırılabilirlik katsayısı z'nin değeri

Değiştirirken yaklaşık hesaplamalar için 0,5'ten 0,9'a kadar değerler R cr Ve T İle p aşağıdaki formüllerle belirlenebilir:

, MPa (21)

, İLE

Genellikle hesaplamalarda, örneğin bir gazın viskozitesini ve süper sıkıştırılabilirlik katsayısını belirlerken, azaltılmış basınçlar ve sıcaklıklar kullanılır. Bireysel bileşenlerin verilen parametreleri, gaz durumunun gerçek parametrelerinin (basınç, mutlak sıcaklık, hacim, yoğunluk, sapma katsayısı) kritik olanlardan kaç kat daha büyük veya daha az olduğunu gösteren boyutsuz miktarlardır:

Azaltılmış basınç R halkla ilişkiler gaz basınç oranı denir R kritik baskısına R cr

(22)

Azaltılmış gaz sıcaklığı T halkla ilişkiler bir gazın mutlak sıcaklığının oranı denir T kritik değerine:

, (23)

Bilim ve teknolojideki daha fazla ilerleme, gaz üretim süreçlerinde ve 100 MPa'ya kadar basınçlarda ve 573 K'ye kadar sıcaklıklarda ve 100 MPa'ya kadar olan sıcaklıklarda özelliklerindeki değişimi doğru bir şekilde tanımlayabilen, doğal gazların durum denkleminin daha doğru bir şekilde geliştirilmesini gerektirdi. Doğal gaz işleme proseslerinde 20 MPa ve 223 - 93 K'ye kadar (eksi 50'den eksi 180°C'ye) kadar düşük sıcaklıklar.

Bu sorunu çözerken iki yön ortaya çıktı:

1) bir düzeltme faktörünün tanıtılması z Gerçek bir gazın ideal olandan sapmasını hesaba katan ideal bir gazın durum denklemine (1.17), yani. pV== zRT

2) İdeal bir gazın durum denkleminin çok sayıda sabitle desteklenmesi.

DERS 8

Ders. Gazların bağıl yoğunluğu. Bağıl yoğunluğun hesaplanması

Dersin hedefleri: “Gazların bağıl yoğunluğu” kavramının özünü ortaya çıkarmak; öğrencilere gazların bağıl yoğunluğunu hesaplamayı, bilinen bir bağıl yoğunluktan molar kütleyi hesaplamayı öğretmek; Bu hesaplamaların pratik önemini gösterin.

Ders türü: yeni bilgiler öğrenmek.

Çalışma biçimleri: öğretmenin hikayesi, rehberli uygulama, bağımsız çalışma.

Ekipman: D.I. Mendeleev'in periyodik tablosu, terazi, tıpalı 0,250 ml'lik şişe, oksijen üretimi için kurulum, görev kartları.

II. Ödevleri kontrol etmek, temel bilgileri güncellemek

1. Problemlerdeki cevapları kontrol ediyoruz, yorum yapıyoruz ve öğrencilerin sorularını cevaplıyoruz.

2. Tahtadaki ve defterlerdeki tabloyu sözlü olarak hesaplamalar yaparak (normal koşullar) dolduruyoruz.

Hesaplama formüllerini tahtaya yazıyoruz:

Gazların hacmini hesaplamak için hangi yasayı kullandık? (Avogadro Yasasına göre)

III. Yeni materyalin sunumu

Öğretmenin hikayesi

Tahtadaki tablodan, farklı gazlardan oluşan aynı miktardaki maddenin aynı hacmi kapladığı, ancak farklı bir kütleye ve farklı bir molar kütleye sahip olduğu görülebilir. Yani gazların yoğunlukları farklıdır. İki gazın yoğunluğunu n'deki 1 mol madde miktarıyla karşılaştıralım. V.

Daha sonra yoğunluk oranı:

Bu orana gazların bağıl yoğunluğu denir ve D ile gösterilir. Bu, bir gazın diğerinden kaç kat daha ağır veya daha hafif olduğunu gösteren boyutsuz bir miktardır.

D = M1 / ​​M2,

dolayısıyla M 1 = D · M 2.

Yani bilinen bir gazın molar kütlesi herhangi bir gazın yoğunluğunu belirlemek için kullanılabilir.

Gösteri

1. Kapalı şişeyi terazide havayla tartın.

2. Şişeyi oksijenle doldurun, kapatın ve tartın.

3. Şişenin kütlesinin hava ve oksijene oranını hesaplıyoruz, şişenin hacmi aynı olduğundan bu göreceli yoğunluk olacaktır ve dolayısıyla madde miktarı da aynıdır.

4. M2 (O2) = 32 g/mol.

M1 = D · M 2 formülünü kullanarak odadaki havanın molar kütlesini hesaplıyoruz.

IV. Öğrenilen materyalin pekiştirilmesi

Rehberli Uygulama

Karbon(IV) oksidin oksijenle bağıl yoğunluğunu hesaplayın.

Cevap: 1.375.

Kükürt(IV) oksit SO2'nin hidrojen H2'ye göre bağıl yoğunluğunu hesaplayın.

(Cevap: 32)

Sorun 3

Bilinmeyen Azot oksidin hidrojen yoğunluğu 38'dir. Bu oksidin molar kütlesini hesaplayın ve formülünü belirleyin.

2) Formülü belirleyin. Bir denklem kuralım:

Cevap: N2O3; M(N2O3) = 76 g/mol.

Metanın helyumla yoğunluğu 4'tür. Metanın molar kütlesini hesaplayın ve formülünü türetin.

(Cevaplar: 16 g/mol; CH4)

3 litre oksijenle reaksiyona giren hidrojenin hacmini hesaplayın.

V(O2) = 3 l

V(H2)-?

Bu sorunu çözmek için Avogadro yasasından (hacimsel ilişkiler yasası) bir sonuç kullanacağız: "Reaksiyona katılan gaz halindeki maddelerin hacimleri, karşılık gelen stokiyometrik katsayılar olarak birbirleriyle ilişkilidir."

Reaksiyon denklemi:

2H2 + Ö2 = 2H2O

Denkleme göre: 2L 1L

Duruma göre: hl 3 lt

Orantı kuralım:

2/ x = 1/3;

Cevap: 6 l.

Sorun 6

7 litre hacimde hidrojenle reaksiyona giren klorun hacmini hesaplayın. (Cevap: 7 l)

V. Ödev

Ders kitabının ilgili paragrafını inceleyin ve soruları cevaplayın.

Yaratıcı görev (ev uygulaması). Sorunları bağımsız olarak çözün. Gaz halindeki maddeler hakkındaki bilgileri kullanarak problem 2'ye benzer problemler oluşturun ve çözün.