При какой температуре плотность газа выше. Свойства газов и газовых смесей, применяемых для водолазных спусков

На сегодняшний день газ, возникший естественным образом, служит важнейшим источником энергии. Все газообразные горючие соединения из недр земли не имеют запаха, содержат множество примесей, влияющих на плотность природного газа.

У таких газов отсутствует привычные для человека физические показатели - вкус, цвет, запах, - по которым мы способны определить их наличие. И все же им свойственны характерные показатели, такие как: плотность, температура горения, теплота сгорания, состав, предельная концентрация для возникновения взрыва, давление при взрыве.

В числе многих значимых физических показателей можно сказать про плотность природного газа. Это величина, которая рассчитывается как отношение массы к его объёму и расписывается формулой r = т/ V. Плотность природного газа при нормальных условиях находится в пределах от 0,73 до 0,85 кг/м3.

Особенности газа

Добытый из месторождений, он состоит из метана в диапазоне 82-98 % от всей массы, часто с примесями других углеводородов. в своём составе вмещает также и негорючие вещества: кислород, углекислота, азот, а также Сразу же после выкачки из недр газ освобождают от токсичного сероводорода, доведя его содержание к допустимому 0,02 г/м3. Наибольшую плотность природного газа создаёт содержание негорючих смесей N 2 , СО 2 , H 2 S или тяжёлых углеводородов. Наименьшие показатели дают сухие метановые среды. Общеизвестно, что увеличение показателя физической величины влечёт повышение температуры образования гидратов. Хотя и небольшой вес также способен давать гидраты. При высоком в залежи газ сжижается, а такое месторождение называют газоконденсатным.

В сравнении с другими видами топлива (твёрдые, жидкие) природный газ, плотность которого целиком зависит от его же состава, выгоден по нескольким показателям:

• дешевизна - как следствие гораздо более лёгкого способа добычи и транспортировки;
• при сгорании не образуются зола и твёрдые частички;
• относительно высокий показатель теплоты сгорания;
• нет нужды в предварительной подготовке голубого топлива к сжиганию;
• существенно облегчается труд обслуживающего персонала;
• значительно улучшаются санитарно-гигиенические условия работников;
• упрощаются условия автоматизации технических процессов.

В быту происходят случаи, когда давление газа на верхних этажах дома рискует оказаться больше, чем на нижних. Это объясняется тем, что показатель гораздо больше в сравнении с горючей средой. На высоте статическое сильно уменьшается, а давление газа уменьшается слабее.

Способы измерения плотности

Плотность природного газа определяют лабораторным путём. По причине технико-экономической целесообразности её допускается рассчитывать следующими способами:

• вручную;
• при помощи таблиц, графиков, диаграмм;
• с применением вычислительных машин и автоматизированных устройств.

Наиболее точный метод - помещение испытуемого образца в тонкостенный стеклянный баллон с дальнейшим взвешиванием на точных весах. Существуют также специальные приборы, измеряющие плотность природного газа. Это плотномеры самого разнообразного типа - вибрационные, пикнометрические, акустические, ареометрические, радиационные и другие. Среди них очень известны модели Solartron 7812 и Solartron 3098. Они способны обеспечивать непрерывное измерение в потоке. Как правило, эти модели используются в системах при коммерческом учёте газа.

ρ = m (газа) / V (газа)

D поУ (Х) = М(Х) / М(У)

Поэтому:
D по возд. = М (газа Х) / 29

Динамическая и кинематическая вязкость газа.

Вязкость газов (явление внутреннего трения) - это появление сил трения между слоями газа, движущимися друг относительно друга параллельно и с разными по величине скоростями.
Взаимодействие двух слоев газа рассматривается как процесс, в ходе которого от одного слоя к другому передается импульс.
Сила трения на единицу площади между двумя слоями газа, равная импульсу, передаваемому за секунду от слоя к слою через единицу площади, определяетсязаконом Ньютона :

- градиент скорости в направлении перпендикулярном направлению движения слоев газа.
Знак минус указывает, что импульс переносится в направлении убывания скорости.
- динамическая вязкость.
, где
- плотность газа,
- средняя арифметическая скорость молекул,
- средняя длина свободного пробега молекул.

- кинематический коэффициент вязкости.

Критические параметры газа: Ткр, Ркр.

Критической называется такая температура, выше которой, при любом давлении, газ не может быть переведен в жидкое состояние. Давление, необходимое для сжижения газа при критической температуре, называется критическим. Приведенные параметры газа. Приведенными параметрами называют безразмерные величины, показывающие, во сколько раз действительные параметры состояния газа (давление, температура, плотность, удельный объем) больше или меньше критических:

Скважинная добыча и подземное хранение газа.

Плотность газа: абсолютная и относительная.

Плотность газа является одной из его важнейших характеристик. Говоря о плотности газа, обычно имеют в виду его плотность при нормальных условиях (т. е. при температуре и давлении ). Кроме того, часто пользуются относительной плотностью газа, под которой подразумевают отношение плотности данного газа к плотности воздуха при тех же условиях. Легко видеть, что относительная плотность газа не зависит от условий, в которых он находится, так как, согласно законам газового состояния, объемы всех газов меняются при изменениях давления и температуры одинаково.

Абсолютная плотность газа - это масса 1 л газа при нормальных условиях. Обычно для газов её измеряют в г/л.

ρ = m (газа) / V (газа)

Если взять 1 моль газа, то тогда:

а молярную массу газа можно найти, умножая плотность на молярный объём.

Относительная плотность D - это величина, которая показывает, во сколько раз газ Х тяжелее газа У. Её рассчитывают как отношение молярных масс газов Х и У:

D поУ (Х) = М(Х) / М(У)

Часто для расчетов используют относительные плотности газов по водороду и по воздуху.

Относительная плотность газа Х по водороду:

D по H2 = M (газа Х) / M (H2) = M (газа Х) / 2

Воздух - это смесь газов, поэтому для него можно рассчитать только среднюю молярную массу.

Её величина принята за 29 г/моль (исходя из примерного усреднённого состава).
Поэтому:
D по возд. = М (газа Х) / 29

Одной из важнейших физических свойств газообразных веществ является значение их плотности.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Плотность - это скалярная физическая величина, которая определяется как отношение массы тела к занимаемому им объему.

Данную величину обычно обозначают греческой буквой r или латинскими D и d . Единицей измерения плотности в системе СИ принято считать кг/м 3 , а в СГС - г/см 3 . Плотность газа - справочная величина, её обычно измеряют при н. у.

Зачастую, применительно к газам используют понятие «относительная плотность». Данная величина представляет собой отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму.

Например, при нормальных условиях масса диокисда углерода в объеме 1 л равна 1,98 г, а масса водорода в том же объеме и при тех же условиях - 0,09 г, откуда плотность диоксида углерода по водороду составит: 1,98 / 0,09 = 22.

Относительная плотность газа

Обозначим относительную плотность газа m 1 / m 2 буквой D. Тогда

Следовательно, молярная масса газа равна его плотности по отношению у другому газа, умноженной на молярную массу второго газа.

Часто плотности различных газов определяют по отношению к водороду, как самому легкому из всех газов. Поскольку молярная масса водорода равна 2,0158 г/моль, то в этом случае уравнение для расчета молярных масс принимает вид:

или, если округлить молярную массу водорода до 2:

Вычисляя, например, по этому уравнению молярную массу диоксида углерода, плотность которого по водороду, как указано выше равна 22, находим:

M(CO 2) = 2 × 22 = 44 г/моль.

Плотность газа в лабораторных условиях самостоятельно можно определить следующим образом: необходимо взять стеклянную колбу с краном и взвесить её на аналитических весах. Первоначальный вес - вес колбы, из которой откачали весь воздух, конечный - вес колбы, наполненной до конкретного давления исследуемым газом. Разность полученных масс следует разделить на объем колбы. Вычисленное значение и есть плотность газа в данных условиях.

p 1 /p N ×V 1 /m×m/V N = T 1 /T N ;

т.к. m/V 1 = r 1 и m/V N = r N , получаем, что

r N = r 1 ×p N /p 1 ×T 1 /T N .

В таблице ниже приведены значения плотностей некоторых газов.

Таблица 1. Плотность газов при нормальных условиях.

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 H 5 B 2 . Значение молярной массы газа можно определить при помощи его плотности по водороду: M gas = M(H 2) × D H2 (gas) ; M gas = 2 × 27 = 54 г/моль. Чтобы найти истинную формулу соединения водорода и бора найдем отношение полученных молярных масс: M gas / M(H 5 B 2) = 54 / 27 = 2. M(H 5 B 2) = 5 ×Ar(H) + 2 × Ar(B) = 5 ×1 + 2 × 11 = 5 + 22 = 27 г/моль. Это означает, что все индексы в формуле H 5 B 2 следует умножить на 2. Таким образом формула вещества будет иметь вид H 10 B 4 .
Ответ	Формула газа - H 10 B 4

ПРИМЕР 2

Задание	Вычислите относительную плотность по воздуху углекислого газа CO 2 .
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. D air (CO 2) = M r (CO 2) / M r (air); D air (CO 2) = 44 / 29 = 1,52. M r (CO 2) = A r (C) + 2 ×A r (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44.
Ответ	Относительная плотность по воздуху углекислого газа равна 1,52.