分子量を密度に変換する方法

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著者: Laura McKinney
作成日: 7 4月 2021
更新日: 17 11月 2024
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気体の状態方程式 計算 コツ 分子量 密度 高校化学 エンジョイケミストリー113201
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おそらく、科学の授業で、密度は体積で割った質量、または特定の空間内の物質の「量」であることをおそらく知っていたでしょう。固体の場合、これは非常に簡単な尺度です。あなたがペニーでいっぱいの瓶を満たせば、マシュマロで満たした場合よりもはるかに多くの「オーフ」を持っているでしょう。マシュマロは非常にふくらんでいて軽いのに対し、瓶にペニーを入れると、もっと多くの物質が瓶に詰め込まれます。

分子量はどうですか?分子量と密度 思われる 非常に似ていますが、重要な違いがあります。分子量は、モルあたりの物質質量です。物質が占めるスペースの大きさではなく、物質のある量の「量」、「オンフ」または「重さ」です。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

理想気体の法則のバリエーションを使用して、気体の分子量を密度に変換します。

PV =(m / M)RT、

ここで、Pは圧力、Vは体積、mは質量、Mは分子量、Rは気体定数、Tは温度です。

次に、密度に対する体積に対する質量を解きます!

要約すると、 密度 質量を体積で割ったものです。数式は次のようになります。

ρ= m÷V

質量のSI単位はキログラムであり(グラムで表されることもあります)、体積の場合は通常m3。したがって、SI単位の密度はkg / mで測定されます3.

分子量はモルあたりの質量であり、次のように記述されます。

分子量= m ÷n.

繰り返しますが、単位は重要です。質量mはおそらくキログラムで、nはモル数の測定値です。したがって、分子量の単位はキログラム/モルになります。

理想的なガス法

それでは、これらの測定値をどのように変換しますか?気体の分子量を密度に変換するには(またはその逆)、 理想ガス法。理想気体の法則は、気体の圧力、体積、温度、モルの関係を定義しています。それは書いてあります:

PV = nRT,

ここで、Pは圧力、Vは体積、nはモル数、Rはガスに依存する定数(通常はユーザーに与えられます)、Tは温度です。

理想気体の法則を使用して分子量を密度に変換する

しかし、理想気体の法則は分子量について言及していません!ただし、ほくろの数nをわずかに異なる用語で書き直すと、成功のために自分で設定できます。

これをチェックしてください:

質量÷分子量=質量÷(質量÷モル)=モル。

そう ほくろ 質量を分子量で割ったものと同じです。

n = m÷分子量

その知識があれば、理想ガス法を次のように書き換えることができます。

PV =(m÷M)RT,

ここで、Mは分子量を表します。

それができたら、密度の解決は簡単になります。密度は体積に対する質量に等しいため、等号の片側で体積を超える質量を取得し、反対側でその他すべてを取得する必要があります。

したがって、PV =(m÷M)RTは次のようになります。

PV÷RT =(m÷M)両側をRTで割ったとき。

次に、両側にMを乗算します。

PVM÷RT = m

...そしてボリュームで分けます。

PM÷RT = m÷V。

m÷Vは密度に等しいため、

ρ= PM÷RT.

例を試す

ガスが300ケルビンで圧力が200,000パスカルのときの二酸化炭素(CO2)ガスの密度を求めます。 CO2ガスの分子量は0.044 kg /モルであり、そのガス定数は8.3145 J /モルケルビンです。

理想ガスの法則PV = nRTから始めて、上で見たようにそこから密度を導き出すことができます(その利点は、方程式を1つだけ記憶すればよいことです)。または、導出された方程式から始めて、次のように書くことができます。

ρ= PM÷RT。

ρ=((200,000 pa)x(0.044 kg /モル))÷(8.3145 J /(モルx K)x 300 K)

ρ= 8800 pa x kg /モル÷2492.35 J /モル

ρ= 8800 pa x kg /モルx 1モル/ 2492.35 J

モルはこの時点でキャンセルしますが、パスカルとジュールの両方に共通のコンポーネントがあることに注意することが重要です。パスカルはニュートンを平方メートルで割ったものであり、ジュールはニュートンの1倍×1メートルです。パスカルをジュールで割ると1 / mになります3、これは良い兆候です3 密度の単位です!

そう、

ρ= 8800 pa x kg /モルx 1モル/ 2492.35 J

ρ= 8800 kg / 2492.34 m3,

3.53 kg / mに相当します3.

ふう!よくやった。