Совет 1: Как определить плотность водорода

Водород (от латинского «Hydrogenium» - «порождающий воду») – первый элемент таблицы Менделеева. Широко распространен, существует в виде трех изотопов – протия, дейтерия и трития. Водород представляет собою легкий бесцветный газ (в 14,5 раз легче воздуха). В смеси с воздухом и кислородом весьма взрывоопасен. Используется в химической, пищевой промышленности, а также в качестве ракетного топлива. Ведутся исследования по возможности использования водорода в качестве топлива для автомобильных двигателей. Плотность водорода (как и любого другого газа) можно определить разными способами.
Инструкция
1
Во-первых, исходя из универсального определения плотности – количество вещества в единице объема. В том случае, если чистый водород находится в герметичном сосуде, плотность газа определяется элементарно, по формуле (М1 – М2)/V, где М1 – общая масса сосуда с газом, М2 – масса пустого сосуда, а V – внутренний объем сосуда.
2
Если же требуется определить плотность водорода, имея такие исходные данные, как его температура и давление, тут на помощь приходит универсальное уравнение состояния идеального газа, или уравнение Менделеева – Клапейрона: PV = (mRT)/M.
P – давление газа
V – его объем
R – универсальная газовая постоянная
Т – температура газа в градусах Кельвина
M – молярная масса газа
m – фактическая масса газа.
3
Идеальным газом считается такая математическая модель газа, в которой потенциальной энергией взаимодействия молекул по сравнению с их кинетической энергией можно пренебречь. В модели идеального газа между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, а соударения частиц с другими частицами или стенками сосуда, абсолютно упруги.
4
Разумеется, ни водород, ни другой газ не является идеальным, но эта модель позволяет проводить вычисления с достаточно высокой точностью при условиях, близких к атмосферному давлению и комнатной температуре. Например, дана задача: найти плотность водорода при давлении 6 атмосфер и температуре 20 градусов по Цельсию.
5
Сначала переведите все исходные величины в систему СИ (6 атмосфер = 607950 Па, 20 градусов Ц=293 градуса К). Затем напишите уравнение Менделеева-Клапейрона PV = (mRT)/M. Преобразуйте его в виде: P = (mRT)/MV. Поскольку m/V есть плотность (отношение массы вещества к его объему), то получаете: плотность водорода = PM/RT, причем все необходимые данные для решения у нас есть. Вы знаеете величину давления (607950), температуру (293), универсальную газовую постоянную (8,31), молярную массу водорода (0,002).
6
Подставив эти данные в формулу, вы получите: плотность водорода при заданных условиях давления и температуры равна 0,499 кг/кубический метр, или примерно 0,5.

Совет 2: Как найти плотность водорода

Чтобы найти плотность водорода, определите его массу в данном объеме и найдите отношение этих величин. Поскольку массу газа найти затруднительно, можно использовать уравнение Клапейрона-Менделеева, для этого нужно знать температуру и давление, под которым находится водород. Если известна средняя квадратичная скорость молекул водорода в данный момент времени, его плотность можно узнать из основного уравнения молекулярно-кинетической теории. Ее можно непосредственно измерить плотномером.
Вам понадобится
  • герметичный баллон, весы, манометр, термометр, плотномер.
Инструкция
1
Непосредственный расчет плотности водородаВозьмите герметичный баллон с известным объемом и с помощью насоса откачайте из него воздух, получив вакуум. Взвесьте его на весах. После этого заполните его водородом и снова взвесьте. Разница между массами пустого и заполненного баллона и составит массу водорода. Измерение массы проводите в граммах, а объема в см³.
Для получения значения плотности массу водорода поделите на его объем ρ=m/V. Результат получите в г/см³.
2
Определение плотности водорода при неизвестной массеЕсли нет возможности измерить массу водорода, измерьте его давление в данном сосуде с помощью манометра в паскалях. Термометром измерьте его температуру. Если водород накачан в баллон, просто подождите, пока его температура не сравняется с комнатной. Поскольку у подавляющего большинства термометров шкала проградуирована в градусах Цельсия, переведите ее в кельвины, прибавив к значению температуры 273.
Для получения плотности водорода при данных условиях, давление умножьте на 0,002 (молярную массу водорода, выраженную в килограммах на моль). Полученный результат последовательно поделите на 8,31 (универсальную газовую постоянную) и значение температуры ρ=P•M/(R•T). Результат будет получен в кг/м³.
3
Определение плотности водорода по средней квадратичной скорости молекул Если известна средняя квадратичная скорость молекул водорода, которая зависит от их кинетической энергии, а значит, температуры, измерьте манометром его давление, и, умножив его значение на 3, поделите на квадрат средней квадратичной скорости ρ=3•P/v² (из основного уравнения МКТ). Давление измеряйте в паскалях, а скорость в метрах в секунду.
4
Измерение плотности водородаЗаполните датчик вибрационного плотномера водородом, после чего включите прибор. На его экране можно будет увидеть плотность этого газа.
Видео по теме
Источники:
  • как найти плотность водорода
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500