Щільність газу (ρ) — це фізична величина, що дорівнює масі газу в одиниці об’єму:
ρ = m / V
де:
ρ — щільність, кг/м^3
m — маса газу, кг
V — об’єм газу, м^3
Основна формула для газів
Для ідеального газу щільність визначається через рівняння стану:
ρ = (p * M) / (R * T)
де:
p — абсолютний тиск, Па
M — молярна маса газу, кг/моль
R — універсальна газова стала
R = 8.314 Дж/(моль·К)
T — абсолютна температура, К
Залежність щільності від параметрів
Вплив тиску
ρ ∝ p
При збільшенні тиску щільність газу зростає лінійно (за сталої температури).
Вплив температури
ρ ∝ 1 / T
При підвищенні температури щільність газу зменшується.
Вплив молярної маси
ρ ∝ M
Чим більша молярна маса газу, тим більша його щільність.
Щільність газів при нормальних умовах
Нормальні умови (НУ):
T = 273.15 K
p = 101325 Па
| Газ | Формула | M (г/моль) | ρ (кг/м^3) |
|---|---|---|---|
| Водень | H2 | 2.016 | 0.0899 |
| Гелій | He | 4.003 | 0.1785 |
| Азот | N2 | 28.013 | 1.2506 |
| Повітря | — | ≈28.97 | 1.293 |
| Кисень | O2 | 31.999 | 1.429 |
| Аргон | Ar | 39.948 | 1.784 |
| Вуглекислий газ | CO2 | 44.01 | 1.977 |
| Газ | Хімічна формула |
Молекулярна вага |
Густина | ||
|
кг / м 3
|
футів / фут 3 (lb / ft 3 )
|
відносна щільність газу щодо повітря
|
|||
| Азот / Nitrogen | N 2 | 28.02 | 1.165 1) 1.2506 2) |
0.0727 1) 0.078072 2) |
0,97 |
| Ацетилен = Етін / Acetylene (ethyne) | C 2 H 2 | 26 | 1.092 1) 1.170 2) |
0.0682 1) 0.0729 2) |
0,91 |
| Аміак / Ammonia | NH 3 | 17.031 | 0.717 1) 0.769 2) |
0.0448 1) 0.0480 2) |
0,60 |
| Аргон / Argon | Ar | 39.948 | 1.661 1) 1.7837 2) |
0.1037 1) 0.111353 2) |
1,38 |
| Бензол / Benzene | C 6 H 6 | 78.11 | 3.486 | 0.20643 | 2,90 |
| Біогаз, що генерується метантенке; метан, що генерується метантенке / Digester Gas (Sewage or Biogas) | 0.062 | ||||
| Бутан / Butane | C 4 H 10 | 58.1 | 2.489 1) 2.5 2) |
0.1554 1) 0.156 2) |
2,07 |
| Бутилен = Бутен / Butylene (Butene) | C 4 H 8 | 56.11 | 2.504 | 0.148 2) | 2,03 |
| Звеселяючий газ, закис азоту / Nitrous Oxide | N 2 O | 44.013 | 1.980 1) | 0.114 | 1,65 |
| Водень / Hydrogen | H 2 | 2.016 | 0.0899 2) | 0.0056 2) | 0,08 |
| Водяна пара / Water Vapor, steam | H 2 O | 18.016 | 0.804 | 0.048 | 0,67 |
| Водяний бітумінозний газ = блакитний водяний газ жирний / Water gas (bituminous) | 0.054 | ||||
| Водяний карбюрірованний газ = блакитний водяний газ / Carbureted Water Gas | 0.048 | ||||
| Повітря / Air | 29 | 1.205 1) 1.293 2) |
0.0752 1) 0.0806 2) |
1 | |
| Газ | Хімічна формула |
Молекулярна вага |
Густина | ||
|
кг / м 3
|
футів / фут 3 (lb / ft 3 )
|
відносна щільність газу щодо повітря | |||
| Гелій / Helium | He | 4.02 | 0.1664 1) 0.1785 2) |
0.01039 1) 0.011143 2) |
0,014 |
| Гексан / Hexane | 86.17 | ||||
| Двукосіь азоту / Nitric oxide | NO | 30.0 | 1.249 1) | 0.0780 1) | 1,04 |
| Двоокис азоту = перекис азоту / Nitrogen Dioxide | NO 2 | 46.006 | |||
| Доменний газ = колошниковим газ / Blast furnace gas | 1.250 2) | 0.0780 2) | 0,97 | ||
| Дисульфід вуглецю = сірчистий вуглець = сірчистий вуглець = сірковуглець / Carbon disulphide | 76.13 | ||||
| Криптон / Krypton | 3.74 2) | 2,90 | |||
| Коксувального газ = коксовий газ / Coke Oven Gas | 0.034 2) | ||||
| Метан / Methane | CH 4 | 16.043 | 0.668 1) 0.717 2) |
0.0417 1) 0.0447 2) |
0,56 |
| Метиловий спирт / Methyl Alcohol | 32.04 | ||||
| Придатний газ = натуральний газ / Natural gas | 19.5 | 0.7 – 0.9 2) | 0.044 – 0.056 2) | 0,55-0,70 | |
| Відпрацьовані гази = суміш продуктів повного згоряння у вигляді CO2, Н2О, SO2 і золи + неповного згоряння у вигляді СО, Н2, та ін., А також азоту і кисню / Combustion products | 1.11 2) | 0.069 2) | 0,86 | ||
| Ізопентан / Iso-Pentane | 72.15 | ||||
| Газ | Хімічна формула |
Молекулярна вага |
Густина | ||
|
кг / м 3
|
футів / фут 3 (lb / ft 3 )
|
відносна щільність газу щодо повітря | |||
| Кисень / Oxygen | O 2 | 32 | 1.331 1) 1.4290 2) |
0.0831 1) 0.089210 2) |
1,11 |
| Ксенон / Xenon | 5.86 2) | 4,54 | |||
| Метилбензол = толуол / Toluene | C 7 H 8 | 92.141 | 4.111 | 0.2435 | 3,42 |
| Неон / Neon | Ne | 20.179 | 0.8999 2) | 0.056179 2) | 0,70 |
| Н-гептан / N-Heptane | 100.20 | ||||
| Н-октан / N-Octane | 114.22 | ||||
| Н-пентан / N-Pentane | 72.15 | ||||
| Озон / Ozone | O 3 | 48.0 | 2.14 2) | 0.125 | 1,78 |
| Оксид сірки (II) = діоксид сірки = двоокис сірки = сірчистий ангідрид = сірчистий газ / Sulfur Dioxide | SO 2 | 64.06 | 2.279 1) 2.926 2) |
0.1703 1) 0.1828 2) |
1,90 |
| Оксид сірки (III) = триоксид сірки = сірчаний ангідрид = сірчаний газ / Sulfur Trioxide | SO 3 | 80.062 | |||
| Оксид сірки (I) = монооксид сірки / Sulfuric Oxide | SO | 48.063 | |||
| Пропан / Propane | C 3 H 8 | 44.09 | 1.882 1) | 0.1175 1) | 1,57 |
| Пропен = пропілен / Propene (propylene) | C 3 H 6 | 42.1 | 1.748 1) | 0.1091 1) | 1,45 |
| Перокід азоту / Nitrous Trioxide | NO 3 | 62.005 | |||
| Світильний газ вугільний газ (горючий газ, що складається з 20-30% метану і 50% водню одержуваний з кам’яного вугілля в процесі його полукоксования і часткового термічного крекінгу / Coal gas |
0.580 2) | 0,45 | |||
| Сірка / Sulfur | S | 32.06 | 0.135 | ||
| Соляна кислота = хлористий водень / Hydrochloric Acid = Hydrogen Chloride | HCl | 36.5 | 1.528 1) | 0.0954 1) | 1,27 |
| Сірководень = сірчистий водень / Hydrogen Sulfide | H 2 S | 34.076 | 1.434 1) | 0.0895 1) | 1,19 |
| Чадний газ, монооксид вуглецю / Carbon monoxide | CO | 28.01 | 1.165 1) 1.250 2) |
0.0727 1) 0.0780 2) |
0,97 |
| Вуглекислий газ = двоокис вуглецю, діоксид вуглецю / Carbon dioxide | CO 2 | 44.01 | 1.842 1) 1.977 2) |
0.1150 1) 0.1234 2) |
1,53 |
| Газ | Хімічна формула |
Молекулярна вага |
Густина | ||
|
кг / м 3
|
футів / фут 3 (lb / ft 3 )
|
відносна щільність газу щодо повітря | |||
| Холодоагент R-11 | 137.37 | ||||
| Холодоагент R-12 | 120.92 | ||||
| Холодоагент R-22 | 86.48 | ||||
| Холодоагент R40 = хлористий метил / Methyl Chloride | 50.49 | ||||
| Холодоагент R-114 | 170.93 | ||||
| Холодоагент R-123 | 152.93 | ||||
| Холодоагент R-134a | 102.03 | ||||
| Холодильний агент R160 = хлористий етил / Ethyl Chloride | 64.52 | ||||
| Хлор / Chlorine | Cl 2 | 70.906 | 2.994 1) | 0.1869 1) | 2,49 |
| Циклогексан / Cyclohexane | 84.16 | ||||
| Етан / Ethane | C 2 H 6 | 30.07 | 1.264 1) | 0.0789 1) | 1,05 |
| Етиловий спирт = етанол / Ethyl Alcohol | 46.07 | ||||
| Етилен / Ethylene | C 2 H 4 | 28.03 | 1.260 2) | 0.0786 2) | 0,98 |
Щільність газової суміші
Для суміші ідеальних газів:
ρ = (p / (R * T)) * Σ (xi * Mi)
де:
xi — молярна частка i-го компонента
Mi — молярна маса i-го компонента
Відносна щільність газів
Відносна щільність газу за повітрям:
D = ρ_газу / ρ_повітря
При однакових p і T:
D ≈ M_газу / M_повітря
де:
M_повітря ≈ 28.97 г/моль
Реальні гази
Для реальних газів при високих тисках застосовують коефіцієнт стисливості Z:
ρ = (p * M) / (Z * R * T)
де:
Z ≠ 1 (для ідеального газу Z = 1)
Практичне значення
Щільність газів важлива для:
- вентиляції та газообміну
- аеродинаміки
- теплотехніки
- метеорології
- розрахунку підйомної сили
- техніки безпеки
Приклад розрахунку
Знайти щільність кисню при:
p = 200 кПа
T = 300 K
M = 0.032 кг/моль
ρ = (200000 * 0.032) / (8.314 * 300)
ρ ≈ 2.57 кг/м^3
Щільність газу визначається тиском,
температурою та молярною масою і
описується рівнянням ідеального газу.