Як визначити щільність водню.

Водень (від латинського «Hydrogenium» - «який породжує воду») - перший елемент таблиці Менделєєва. Широко поширений, існує у вигляді трьох ізотопів - протия, дейтерію і тритію. Водень представляє собою легкий безбарвний газ (в 14,5 разів легший за повітря). У суміші з повітрям і киснем вельми вибухонебезпечний. Використовується в хімічній, харчовій промисловості, а також в якості ракетного палива. Ведуться дослідження по 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, по формулі (М1 - М2)/V, де М1 - загальна маса посудини з газом, М2 - маса порожнього судини, а V - внутрішній об'єм посудини.
2
Якщо ж потрібно визначити щільність водню , маючи такі вихідні дані, як його температура і тиск, тут на допомогу приходить універсальне рівняння стану ідеального газу, або рівняння Менделєєва - Клапейрона: PV = (mRT )/MP - тиск газаV - його об'емR - універсальна газова постояннаяТ - температура газу в градусах КельвінаM - молярна маса газаm - фактична маса газу.
3
Ідеальним газом вважається така математична модель газу, в якій потенційної енергією взаємодії молекул в порівнянні з їх кінетичної енергією можна знехтувати. У моделі ідеального газу між молекулами не діють сили тяжіння або відштовхування, а зіткнення часток 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.
Щоб знайти щільність водню, визначте його масу в даному обсязі і знайдіть відношення цих величин. Оскільки масу газу знайти важко, можна використовувати рівняння Клапейрона-Менделєєва, для цього потрібно знати температуру і тиск, під яким знаходиться водень. Якщо відома середня квадратична швидкість молекул водню в даний момент часу, його щільність можна довідатися з основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії. Її можна безпосередньо виміряти густиномірами.
Вам знадобиться
  • герметичний балон, ваги, манометр, термометр, плотномер.
Інструкція
1
Безпосередній розрахунок щільності водню Візьміть герметичний балон з відомим об'ємом і за допомогою насоса відкачати з нього повітря, отримавши вакуум. Зважте його на вагах. Після цього заповніть його воднем і знову зважте. Різниця між масами порожнього і заповненого балона і складе масу водню. Вимірювання маси проводите в грамах, а обсягу в см? .Для Отримання значення щільності масу водню поділіть на його обсяг? = M/V. Результат отримаєте в г/см?.
2
Визначення щільності водню при невідомої массеЕслі немає можливості виміряти масу водню, виміряйте його тиск в даному посудині за допомогою манометра в паскалях. Термометром виміряйте його температуру. Якщо водень накачаний в балон, просто почекайте, поки його температура не зрівняється з кімнатною. Оскільки у переважної більшості термометрів шкала проградуйована в градусах Цельсія, переведіть її в Кельвіна, додавши до значення температури 273.Для отримання щільності водню за даних умов, тиск помножте на 0,002 (молярну масу водню, виражену в кілограмах на моль). Отриманий результат послідовно поділіть на 8,31 (універсальну газову постійну) і значення температури? = P • M/(R • T). Результат буде отриманий в кг/м?.
3
Визначення щільності водню по середньої квадратичної швидкості молекул Якщо відома середня квадратична швидкість молекул водню, яка залежить від їх кінетичної енергії, а значить, температури, виміряйте манометром його тиск, і, помноживши його значення на 3, поділіть на квадрат середньої квадратичної швидкості? = 3 • P/v? (З основного рівняння МКТ). Тиск вимірюйте в паскалях, а швидкість в метрах в секунду.
4
Вимірювання щільності водню Заповніть датчик вібраційного густиноміра воднем, після чого включіть прилад. На його екрані можна буде побачити щільність цього газу.