ВИЗНАЧЕННЯ

Атмосферне повітря є сумішшю багатьох газів. Повітря має складний склад. Його основні складові частини можна поділити на три групи: постійні, змінні та випадкові. До перших відноситься кисень (зміст кисню в повітрі становить близько 21% за обсягом), азот (близько 86%) та так звані інертні гази (близько 1%).

Зміст складових частинпрактично не залежить від того, де земної кулівзято пробу сухого повітря. До другої групи відносяться вуглекислий газ (0,02 - 0,04%) та водяна пара (до 3%). Зміст випадкових складових частин залежить від місцевих умов: поблизу металургійних заводів до повітря часто бувають примішані помітні кількості сірчистого газу, у місцях, де відбувається розпад органічних залишків, - аміаку тощо. Крім різних газів, повітря завжди містить більшу чи меншу кількість пилу.

Щільність повітря є величину, рівну масі газу атмосфери Землі, поділену на одиницю об'єму. Вона залежить від тиску, температури та вологості. Існує стандартна величина щільності повітря - 1,225 кг/м 3 , відповідна щільності сухого повітря при температурі 15 o З тиску 101330 Па.

Знаючи з досвіду масу літра повітря за нормальних умов (1,293 р), можна обчислити той молекулярний вага, який мав би повітря, якби він був індивідуальним газом. Так як грам-молекула будь-якого газу займає за нормальних умов об'єм 22,4 л, середня молекулярна вага повітря дорівнює

22,4×1,293 = 29.

Це число - 29 - слід запам'ятати: знаючи його легко розрахувати щільність будь-якого газу по відношенню до повітря.

Щільність рідкого повітря

При достатньому охолодженні повітря переходить у рідкий стан. Рідке повітря можна досить довго зберігати в судинах з подвійними стінками, з простору між якими зменшення теплопередачі викачаний повітря. Подібні судини використовуються, наприклад, термосах.

Рідке повітря, що вільно випаровується при звичайних умовах, має температуру близько (-190 o С). Склад його непостійний, оскільки азот випаровується легше кисню. У міру видалення азоту колір рідкого повітря змінюється від блакитного до блідо-синього (колір рідкого кисню).

У рідкому повітрі легко переходять у твердий стан етиловий спирт, діетиловий ефір та багато газів. Якщо, наприклад, пропускати через рідке повітря діоксид вуглецю, він перетворюється на білі пластівці, схожі по зовнішньому виглядуна снігу. Ртуть, занурена в рідке повітря, стає твердою та ковкою.

Багато речовин, охолоджених рідким повітрям, різко змінюють свої властивості. Так, чинк і олово стають настільки крихкими, що легко перетворюються на порошок, свинцевий дзвіночок видає чистий дзвінкий звук, а заморожений гумовий м'ячик розбивається вщент, якщо впустити його на підлогу.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

Завдання	Визначте у скільки разів важчий за повітря сірководень H 2 S.
Рішення	Відношення маси даного газу до маси іншого газу, взятого в тому ж обсязі, при тій же температурі і тому ж тиску, називається відносною щільністю першого газу по другому. Ця величина показує, у скільки разів перший газ важчий або легший за другий газ. Відносну молекулярну масу повітря приймають рівною 29 (з урахуванням вмісту повітря азоту, кисню та інших газів). Слід зазначити, що поняття «відносна молекулярна маса повітря» використовується умовно, оскільки повітря це суміш газів. D air (H 2 S) = M r (H 2 S) / M r (air); D air (H 2 S) = 34/29 = 1,17. M r (H 2 S) = 2 × A r (H) + A r (S) = 2 × 1 + 32 = 2 + 32 = 34.
Відповідь	Сірководень H 2 S важчий за повітря в 1,17 разів.

Природний газ - це суміш в основному вуглеводневих газів, що залягають у надрах у вигляді окремих покладів і родовищ, а також у розчиненому вигляді в нафтових покладах або у вигляді, так званих, «газових шапок». Основні фізичні та Хімічні властивості природного газуце:

Щільність газів - це маса речовини в одиниці об'єму - г/см3. Для практичних цілей використовується відносна щільність газу повітрям, тобто. відношення густини газу до густини повітря. Інакше кажучи – це показник того, наскільки газ легший чи важчий за повітря:

де в у стандартних умовах дорівнює 1,293 кг/м 3 ;

Відносна щільність метану – 0,554, етану – 1,05, пропану – 1,55. Ось чому побутовий газ (пропан) у разі витоку накопичується у підвальних приміщеннях будинків, утворюючи там вибухонебезпечну суміш.

Теплота спалювання

Теплота згоряння або теплотворна здатність– кількість тепла, що виділяється за повного згоряння 1 м 3 газу. У середньому воно становить 35160 кДж/м3 (кілоджоулів на 1 м3).

Розчинність газу

Розчинність у нафті

Розчинність газу в нафті залежить від тиску, температури та складу нафти та газу. Зі зростанням тиску розчинність газу також зростає. Зі зростанням температури розчинність газу знижується. Низькомолекулярні гази складніше розчиняються в нафтах, ніж жирніші.

З підвищенням щільності нафти, тобто. у міру зростання вмісту високомолекулярних сполук розчинність газу в ній знижується.

Показником розчинності газу в нафті є газовий фактор – Г, що показує кількість газу 1 м 3 (або 1 т) дегазованої нафти. Він вимірюється в м3/м3 або м3/т.

За цим показником поклади поділяються на:

1) нафтові - Г<650 м 3 /м 3 ;

2) нафтові з газовою шапкою – Г-650 – 900 м3/м3;

3) газоконденсатні - Г>900 м 3 /м 3 .

Розчинність води у стиснутому газі

Вода розчиняється у стиснутому газі за високого тиску. Цей тиск зумовлює можливість переміщення води в надрах не тільки в рідкій, а й у газовій фазі, що забезпечує її велику рухливість та проникність через гірські породи. Зі зростанням мінералізації води розчинність її в газі зменшується.

Розчинність рідких вуглеводнів у стислих газах

Рідкі вуглеводні добре розчиняються у стиснутих газах, створюючи газоконденсатні суміші. Це створює можливість перенесення (міграції) рідких вуглеводнів у газовій фазі, забезпечуючи легший та швидкий процес її переміщення крізь товщу гірських порід.

Зі зростанням тиску та температури розчинність рідких вуглеводнів у газі зростає.

Стисненість

Стиснення пластових газів – це дуже важлива властивість природних газів. Обсяг газу в пластових умовах на 2 порядки (тобто приблизно 100 разів) менше, ніж обсяг його в стандартних умовах на поверхні землі. Це відбувається тому, що газ має високий ступінь стисливості при високих тискахта температурах.

Ступінь стисливості зображується через об'ємний коефіцієнт пластового газу, який становить відношення обсягу газу в пластових умовах до обсягу тієї ж кількості газу при атмосферних умовах.

З явищами стисливості газів та розчинності в них рідких вуглеводнів тісно пов'язане конденсатоутворення. У пластових умовах із зростанням тиску рідкі компоненти переходять у газоподібний стан, утворюючи «газорозчинену нафту» або газоконденсат. При падінні тиску процес іде у напрямі, тобто. відбувається часткова конденсація газу (або пари) у рідкий стан. Тому при видобутку газу на поверхню вилучається також конденсат.

Конденсатний фактор

Конденсатний фактор – КФ – це кількість сирого конденсату см 3 , що припадає на 1м3 відсепарованого газу.

Розрізняють сирий та стабільний конденсат. Сирий конденсат є рідкою фазою, в якій розчинені газоподібні компоненти.

Стабільний конденсат одержують із сирого шляхом його дегазації. Він складається лише з рідких вуглеводнів – пентану та вищих.

У стандартних умовах газоконденсати є безбарвними рідинами з щільністю 0,625 - 0,825 г/см 3 з температурою початку кипіння від 24 0 С до 92 0 С. Більшість фракцій мають температуру википання до 250 0 С.

Газа - порівняння відносної молекулярної або молярної маси одного газу з таким самим показником іншого газу. Як правило, він визначається по відношенню до самого легкого газу- водню. Також часто гази порівнюють із повітрям.

Для того щоб показати, який газ вибирається для порівняння, перед символом відносної щільності досліджуваного додають індекс, а саму назву записують у дужках. Наприклад, DH2(SO2). Це означає, що густина була розрахована по водню. Читається це як «щільність оксиду сірки водню».

Щоб розрахувати щільність газу водню, необхідно за допомогою періодичної таблиці визначити молярні маси досліджуваного газу і водню. Якщо це хлор і водень, показники виглядатимуть так: M(Cl2) = 71 г/моль і M(H2) = 2 г/моль. Якщо густину водню розділити на густину хлору (71:2), в результаті вийде 35,5. Тобто хлор у 35,5 разів важчий за водень.

Відносна щільність газу від зовнішніх умов не залежить. Це пояснюється загальними законами стану газів, які зводяться до того, що зміна температури та тиску не призводить до зміни їхнього обсягу. За будь-яких змін цих показників вимірювання проводяться абсолютно однаково.

Для визначення густини газу дослідним шляхом знадобиться колба, куди його можна буде помістити. Колбу з газом необхідно зважити двічі: вперше – відкачавши з неї все повітря; другий - наповнивши її досліджуваним газом. Також наперед необхідно виміряти обсяг колби.

Спочатку потрібно розрахувати різницю мас та розділити її на значення обсягу колби. В результаті вийде щільність газу за заданими умовами. За допомогою рівняння стану можна вирахувати потрібний показник при нормальних або ідеальних умовах.

Дізнатися щільність деяких газів можна за таблицею, в якій є готові відомості. Якщо газ занесено до таблиці, то брати цю інформацію можна без будь-яких додаткових розрахунків та використання формул. Наприклад, щільність пари води можна дізнатися за таблицею властивостей води (Довідник Рівкіна С.Л. та ін), її електронного аналога або за допомогою програм типу WaterSteamPro та інших.

Однак у різних рідин рівновага з парою настає за різної щільності останнього. Це пояснюється різницею сил міжмолекулярної взаємодії. Чим вище воно, тим швидше настане рівновага (наприклад, ртуть). У летких рідин (наприклад, ефір) рівновага може наступити лише за значної щільності пари.

Щільність різних природних газів варіюється від 0,72 до 2,00 кг/м3 і від, відносна - від 0,6 до 1,5 і вище. Найвища щільність у газів з найбільшим вмістом важких вуглеводнів H2S, СО2 та N2, найнижча – у сухих метанових.

Властивості визначаються його складом, температурою, тиском та щільністю. Останній показник визначається лабораторним шляхом. Він залежить від усіх вищезгаданих. Визначити його густину можна різними методами. Найточніший - зважування на точних терезах у тонкостінному скляному балоні.

Більше цього показника природних газів. У практиці приймають це співвідношення як 0,6:1. Статичне зменшується швидше, порівняно з газом. При тиску до 100 МПа щільність газу може перевищувати 0,35 г/см3.

Встановлено, що збільшення може супроводжуватись збільшенням температури гідратоутворення. Природний газ низької щільності утворює гідрати за більш високої температури порівняно з газами з підвищеною щільністю.

У вимірювачі щільності тільки починають використовуватися і залишається ще багато питань, пов'язаних з особливостями їх експлуатації та перевірки.

Інструкція

Для того, щоб впоратися із завданням, необхідно використовувати формули на відносній щільності:

Спочатку знайдіть відносну молекулярну масу аміаку, яку можна розрахувати за таблицею Д.І. Менделєєва.

Ar(N) = 14, Ar(H) = 3 х 1 = 3, звідси
Mr (NH3) = 14 + 3 = 17

Підставте отримані дані у формулу визначення відносної щільності повітрям:
D (повітря) = Mr (аміаку)/ Mr (повітря);
D (повітря) = Mr (аміаку)/29;
D (повітря) = 17/29 = 0,59.

Приклад № 2. Обчисліть відносну щільність аміаку водню.

Підставте дані у формулу на визначення відносної щільності водню:
D (водень) = Mr (аміаку)/ Mr (водню);
D (водень) = Mr (аміаку)/2;
D (водень) = 17/2 = 8, 5.

Водень (від латинського "Hydrogenium" - "що породжує воду") - перший елемент таблиці Менделєєва. Широко поширений, існує у вигляді трьох ізотопів – протию, дейтерію та тритію. Водень є легким безбарвним газом (у 14,5 разів легшим за повітря). У суміші з повітрям та киснем дуже вибухонебезпечний. Використовується в хімічній, харчової промисловості, а також як ракетного палива. Ведуться дослідження щодо можливості використання воднюяк паливо для автомобільних двигунів. щільність водню(як і будь-якого іншого газу) можна визначити різними способами.

Інструкція

По-перше, виходячи з універсального визначення густини – кількість речовини в одиниці об'єму. У тому випадку, якщо знаходиться в герметичній посудині, щільність газу визначається елементарно, за формулою (М1 – М2)/V, де М1 – загальна маса судини з газом, М2 – маса порожньої судини, а V – внутрішній обсяг судини.

Якщо ж потрібно визначити густину водню, Маючи такі вихідні дані, як , на допомогу приходить універсальне рівняння стану ідеального газу, або рівняння Менделєєва - Клапейрона: PV = (mRT) / M.
P – тиск газу
V – його обсяг
R – універсальна газова постійна
Т – температура газу в Кельвіна
M – молярна маса газу
m – фактична маса газу.

Ідеальним газом вважається така математична газу, в якій потенційну енергію молекул у порівнянні з їх кінетичною енергією можна знехтувати. У моделі ідеального газу між молекулами не діють сили тяжіння або відштовхування, а зіткнення частинок з іншими частинками або стінками судини абсолютно пружні.

Зрозуміло, ні водень, ні інший газ не є ідеальним, але ця модель дозволяє обчислення з досить високою точністю при близьких до атмосферного тиску і кімнатній температурі. Наприклад, дане завдання: знайти щільність воднюпри тиску 6 та температурі 20 градусів за Цельсієм.

Спочатку переведіть всі вихідні величини до системи СІ (6 атмосфер = 607950 Па, 20 градусів Ц = 293 градуси К). Потім напишіть рівняння Менделєєва-Клапейрона PV = (mRT)/M. Перетворіть його як: P = (mRT)/MV. Оскільки m/V є щільність (ставлення маси речовини до його обсягу), то отримуєте: водню= PM/RT, причому всі необхідні дані для вирішення ми маємо. Ви знаєте величину тиску (607950), температуру (293), універсальну газову постійну (8,31), молярну масу водню (0,002).

Підставивши ці дані у формулу, ви отримаєте: щільність воднюза заданих умов тиску та температури дорівнює 0,499 кг/кубічний метр, або приблизно 0,5.

Джерела:

• як знайти щільність водню

щільність- це одна з характеристик речовини, така сама, як маса, об'єм, температура, площа. Вона дорівнює відношенню маси обсягу. Основне завдання – навчитися обчислювати цю величину та знати, від чого вона залежить.

Інструкція

щільність- це чисельне ставлення до обсягу речовини. Якщо ви хочете визначити щільність речовини, а вам відомі її маса і обсяг, знаходження щільності не складе вам труднощів. Найпростіший спосіб знайти щільність у цьому випадку - це p = m/V. Вона кг/м^3 в системі СІ. Однак далеко не завжди дано ці два значення, тому слід знати кілька способів, за допомогою яких можна обчислити щільність.

щільністьмає різні значеннязалежно від виду речовини. Крім того, щільність змінюється від ступеня солоності і температури. При зменшенні температури щільність збільшується, а при зниженні ступеня солоності знижується і щільність. Наприклад, щільність Червоного моря, як і раніше, вважається високою, а в Балтійському морі вона вже менша. Всі ви помічали, що якщо у воду підлити, воно спливає. Все це відбувається через те, що має нижчу щільність, ніж вода. Метали і кам'яні речовини, навпаки, тонуть, тому що їх щільність вища. На підставі щільності тіл виникла їх плавання.

Завдяки теорії плавання тіл, за якою можна знайти щільність тіла, води, об'єм всього тіла та об'єм його зануреної частини. Ця формула має вигляд: Vзанур. частини / V тіла = p тіла / p жидк.Звідси випливає, що щільність тіла можна знайти таким чином: р тіла = V занур. частини * р рідкий / V тіла.Ця умова виконується виходячи з табличних даних і заданих обсягів V занур. частини та V тіла.

Відео на тему

Порада 4: Як вирахувати відносну молекулярну масу речовини

Відносна молекулярна маса – це безрозмірна величина, що показує скільки разів маса молекули більше 1/12 маси атома вуглецю. Відповідно, маса атома вуглецю дорівнює 12 одиниць. Визначити відносну молекулярну масу хімічної сполукиможна, склавши маси атомів, у тому числі складається молекула речовини.

Вам знадобиться

• - ручка;
• - папір для записів;
• - Калькулятор;
• - таблиця Менделєєва.

Інструкція

Знайдіть у таблиці Менделєєва осередки елементів, у тому числі складається дана молекула. Значення відносних атомних мас (Ar) для кожної речовини вказані в нижньому лівому кутку осередку. Перепишіть їх, округливши до цілого числа: Ar(H) – 1; Ar(P) – 31; Ar(O) – 16

Визначте відносну молекулярну масу сполуки (Mr). Для цього помножте атомну масукожного елемента кількість атомів в . Потім складіть значення, що вийшли. Для ортофосфорної кислоти: Mr(н3ро4) = 3 * 1 + 1 * 31 + 4 * 16 = 98.

Відносна молекулярна маса чисельно збігається з молярною масою речовини. У деяких завданнях використовується цей зв'язок. Приклад: газ при температурі 200 К та тиску 0,2 MПа має густину 5,3 кг/мз. Визначити його відносну молекулярну масу.

Використовуйте рівняння Менделєєва-Клайперону для ідеального газу: PV = mRT/M, де V – обсяг газу, м3; m – маса даного об'єму газу, кг; M – молярна маса газу, кг/моль; R – універсальна постійна газова. R=8.314472 м2кг з-2 К-1 Моль-1; T - газу, К; P – абсолютний тиск, Па. Виразіть із цієї залежності молярну масу: М = mRT/(PV).

Як відомо, густини: p = m/V, кг/м3. Підставте її у вираз: М = рRT/P. Визначте молярну масу газу: М = 5,3 * 8,31 * 200 / (2 * 10 ^ 5) = 0,044 кг / моль. Відносна молекулярна маса газу: Mr = 44. Можна припустити, що це вуглекислий газ: Mr(CO2) = 12 + 16*2 = 44.

Джерела:

• обчисліть відносні молекулярні маси

У хімічних лабораторіях та під час проведення хімічних дослідівв домашніх умовах часто буває необхідно визначити відносну густину тієї чи іншої речовини. Відносна щільність є відношенням щільності конкретної речовини до щільності іншого за певних умов або до щільності еталонної речовини, за яку приймається дистильована вода. Відносна щільність виражається абстрактним числом.

Вам знадобиться

• - таблиці та довідники;
• - Ареометр, пікнометр або спеціальні ваги.

Інструкція

Відносну щільність речовин стосовно щільності дистильованої води визначайте за формулою: d=p/p0, де d – відносна щільність, p – щільність досліджуваної речовини, p0 – щільність еталонної речовини. Останній параметр табличний і визначений досить точно: при 20оС вода має щільність 998203 кг/куб.м, а максимальної щільності вона досягає при 4оС - 999973 кг/куб.м. Перед обчисленнями не забувайте, що р і р0 мають бути виражені в однакових одиницях виміру.

Крім того, відносну щільність речовини можна дізнатися у фізичних та хімічних довідниках. Числове значення відносної щільності завжди дорівнює відносній питомій вазі тієї ж речовини в тих самих умовах. Висновок: користуйтеся таблицями щодо питомої вагитак само, якби це були таблиці відносної щільності.

Визначаючи відносну щільність, завжди враховуйте температуру досліджуваної та еталонної речовини. Справа в тому, що щільність речовин зменшується за умови і збільшується при охолодженні. Якщо температура досліджуваної речовини відрізняється зразком, внесіть поправку. Її обчисліть як середню зміну відносної густини на 1оС. Потрібні дані шукайте за номограм температурних поправок.

Для швидкого обчислення відносної густини рідин на практиці використовуйте ареометр. Для вимірювання відносної та сухої речовини використовуйте пікнометри та спеціальні ваги. Класичний ареометр є скляною трубкою, що розширюється в нижній частині. На нижньому кінці трубки є резервуар або спеціальна речовина. На верхній частині трубки нанесені поділки, що показують числове значення відносної густини досліджуваної речовини. Багато ареометри додатково оснащують термометрами для вимірювання температури досліджуваної речовини.

Закон Авогадро

Віддаленість молекул газоподібної речовиниодин від одного залежить від зовнішніх умов: тиску та температури. При однакових зовнішніх умовпроміжки між молекулами різних газів однакові. Закон Авогадро, відкритий 1811 року, свідчить: у рівних обсягах різних газів за однакових зовнішніх умов (температурі та тиску) міститься однакове числомолекул. Тобто. якщо V1=V2, T1=T2 і P1=P2, то N1=N2, де V – обсяг, T – температура, P – тиск, N – число молекул газу (індекс «1» в одного газу, «2» – у іншого).

Перше слідство із закону Авогадро, молярний обсяг

У першому слідстві із закону Авогадро стверджується, що однакова кількість молекул будь-яких газів за тих самих умов займає однаковий обсяг: V1=V2 при N1=N2, T1=T2 і P1=P2. Обсяг одного благаючи будь-якого газу (молярний об'єм) - постійна величина. Нагадаємо, що в 1 молі міститься Авогадрове число частинок - 6,02 х10 ^ 23 молекул.

Таким чином, молярний об'єм газу залежить тільки від тиску та температури. Зазвичай розглядають гази при нормальному тиску та нормальній температурі: 273 К (0 градусів Цельсія) та 1 атм (760 мм рт. ст., 101325 Па). За таких нормальних умов, що позначаються н.у., молярний об'єм будь-якого газу дорівнює 22,4 л/моль. Знаючи цю величину, можна розрахувати обсяг будь-якої заданої маси та будь-якої заданої кількості газу.

Друге слідство із закону Авогадро, відносні щільності газів

Для розрахунку відносних густин газів застосовується друге слідство із закону Авогадро. За визначенням, щільність речовини – це відношення її маси до його обсягу: ρ=m/V. Для 1 молячи речовини маса дорівнює молярній масі M, а об'єм – молярному об'єму V(M). Звідси щільність газу становить ρ=M(газу)/V(M).

Нехай є два газу – X та Y. Їх щільності та молярні маси – ρ(X), ρ(Y), M(X), M(Y), пов'язані між собою співвідношеннями: ρ(X)=M(X)/ V(M), ρ(Y)=M(Y)/V(M). Відносною щільністю газу X газу Y, що позначається як Dy(X) називається відношення щільностей цих газів ρ(X)/ρ(Y): Dy(X)=ρ(X)/ρ(Y)=M(X)xV( M)/V(M)xM(Y)=M(X)/M(Y). Молярні обсяги скорочуються, і з цього можна дійти невтішного висновку, що відносна щільність газу X по газу Y дорівнює відношенню їх молярних чи відносних молекулярних мас (чисельно вони рівні).

Щільності газів нерідко визначають по відношенню до водню, найлегшому з усіх газів, молярна маса якого – 2 г/моль. Тобто. якщо в задачі сказано, що невідомий газ X має щільність водню, скажімо, 15 (відносна щільність – безрозмірна величина!), то знайти його молярну масу не складе труднощів: M(X)=15xM(H2)=15x2=30 г/ міль. Часто вказують також відносну щільність газу повітрям. Тут необхідно знати, що середня відносна молекулярна маса повітря дорівнює 29 і множити вже треба не на 2, а на 29.

Щільністю прийнято називати таку фізичну величину, Яка визначає відношення маси предмета, речовини або рідини до об'єму, що займає ними, в просторі. Поговоримо про те, що таке щільність, чим відрізняється щільність тіла та речовини і як (за допомогою якої формули) визначити щільність у фізиці.

Види щільності

Слід уточнити, що щільність може бути поділена на кілька видів.

Залежно від об'єкта, що досліджується:

• Щільність тіла – для однорідних тіл – це пряме відношення маси тіла до його обсягу, який займає у просторі.
• Щільність речовини – це щільність тіл, що складаються з цієї речовини. Щільність речовин стала. Існують спеціальні таблиці, де позначено щільність різних речовин. Наприклад, густина алюмінію дорівнює 2,7 * 103 кг/м 3 . Знаючи щільність алюмінію та масу тіла, яке з нього виготовлено, ми можемо обчислити об'єм цього тіла. Або, знаючи, що тіло складається з алюмінію і знаючи обсяг цього тіла, ми можемо з легкістю обчислити його масу. Як визначити ці величини, ми розглянемо трохи пізніше, коли виведемо формулу для обчислення щільності.
• Якщо тіло складається з декількох речовин, то для визначення його густини необхідно обчислити густину його деталей для кожної речовини окремо. Така щільність називається середньою густиною тіла.

Залежно від пористості речовини, з якої складається тіло:

• Справжня щільність - це щільність, яка обчислюється без урахування порожнеч у тілі.
• Питома щільність- або щільність, що здається, - це та, яка обчислена з урахуванням порожнеч тіла, що складається з пористої або розсипчастої речовини.

Отже, як знайти густину?

Формула для обчислення густини

Формула, що допомагає знайти щільність тіла, виглядає так:

• p = m/V, де p – щільність речовини, m – маса тіла, V – об'єм тіла у просторі.

Якщо ми обчислюємо щільність того чи іншого газу, то формула виглядатиме так:

• p = M / V m p - густина газу, M - молярна маса газу, V m - молярний об'єм, який за нормальних умов дорівнює 22,4 л/моль.

Приклад: маса речовини 15 кг, вона займає 5 літрів. Яка густина речовини?

Рішення: підставляємо значення формулу

• р = 15/5 = 3 (кг/л)

Відповідь: густина речовини 3 кг/л

Одиниці виміру щільності

Крім знань про те, як знайти щільність тіла та речовини, необхідно знати і одиниці виміру щільності.

• Для твердих тіл- кг/м 3 г/см 3
• Для рідин – 1 гр/л або 10 3 кг/м 3
• Для газів – 1 гр/л або 10 3 кг/м 3

Докладніше про одиниці виміру щільності можна прочитати в нашій статті.

Як знайти щільність у домашніх умовах

Для того, щоб знайти щільність тіла або речовини в домашніх умовах, вам знадобляться:

1. Терези;
2. сантиметр, якщо тіло тверде;
3. Посудина, якщо ви хочете виміряти щільність рідини.

Щоб виявити щільність тіла в домашніх умовах, потрібно виміряти його об'єм за допомогою сантиметра або судини, а потім поставити тіло на ваги. Якщо ви вимірюєте щільність рідини, то не забудьте відняти перед розрахунками масу судини, в яку ви налили рідину. Щільність газів у домашніх умовах обчислити набагато складніше, ми рекомендуємо скористатися готовими таблицями, у яких вже позначені густини різних газів.

ρ = m (газу) / V (газу)

D по У (Х) = М (Х) / М (У)

Тому:
D по пов. = М (газу Х) / 29

Динамічна та кінематична в'язкість газу.

В'язкість газів (явище внутрішнього тертя) - це поява сил тертя між шарами газу, що рухаються один щодо одного паралельно і з різними за величиною швидкостями.
Взаємодія двох шарів газу сприймається як процес, під час якого від одного шару до іншого передається імпульс.
Сила тертя на одиницю площі між двома шарами газу, рівна імпульсу, що передається за секунду від шару до шару через одиницю площі, визначається законом Ньютона:

Градієнт швидкості у напрямі перпендикулярному напрямку руху шарів газу.
Знак мінус показує, що імпульс переноситься у напрямку зменшення швидкості.
- динамічна в'язкість.
, де
- Щільність газу,
- Середня арифметична швидкість молекул,
- Середня довжинавільного пробігу молекул.

Кінематичний коефіцієнт в'язкості.

Критичні параметри газу: ТКР, РКР.

Критичною називається така температура, вище за яку, при будь-якому тиску, газ не може бути переведений в рідкий стан. Тиск, необхідне зрідження газу при критичній температурі, називається критичним. Наведені параметри газу.Наведеними параметрами називають безрозмірні величини, що показують, у скільки разів дійсні параметри стану газу (тиск, температура, щільність, питомий об'єм) більші або менші за критичні:

Свердловинний видобуток та підземне зберігання газу.

Щільність газу: абсолютна та відносна.

Щільність газу є однією з найважливіших характеристик. Говорячи про щільність газу, зазвичай мають на увазі його щільність за нормальних умов (тобто при температурі та тиску). Крім того, часто користуються відносною щільністю газу, під якою мають на увазі відношення щільності даного газу до щільності повітря за тих же умов. Легко бачити, що відносна щільність газу не залежить від умов, у яких він знаходиться, оскільки, згідно із законами газового стану, обсяги всіх газів змінюються при змінах тиску та температури однаково.

Абсолютна щільність газу – це маса 1 л газу за нормальних умов. Зазвичай газів її вимірюють в г/л.

ρ = m (газу) / V (газу)

Якщо взяти 1 моль газу, тоді:

а молярну масу газу можна знайти, помножуючи густину на молярний об'єм.

Відносна щільність D - це величина, яка показує, у скільки разів газ Х важчий за газ У. Її розраховують як відношення молярних мас газів Х і У:

D по У (Х) = М (Х) / М (У)

Часто для розрахунків використовують відносні щільності газів воднем і повітрям.

Відносна щільність газу Х водню:

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

Повітря - це суміш газів, тому для нього можна розрахувати лише середню молярну масу.

Її величина прийнята за 29 г/моль (виходячи з приблизного усередненого складу).
Тому:
D по пов. = М (газу Х) / 29

Щільність газу (рв, г/л) визначають зважуванням (mв) невеликої скляної колбочки відомого об'єму з газом (рис. 274,а) або газового пікнометра (див. рис. 77), застосовуючи формулу

де V-об'єм колбочки (5-20 мл) або пікнометра.

Колбочку зважують двічі: спочатку вакуумовану, а потім наповнену досліджуваним газом. По різниці значень 2-х отриманих мас дізнаються масу газу mв, г. При заповненні колбочки газом вимірюють його тиск, а при зважуванні - температуру довкілля, яку приймають за температуру газу в колбі. Знайдені значення р і Т газу дозволяють обчислити щільність газу за нормальних умов (0 °С; близько 0,1 МПа).

Для зменшення поправки на втрату маси колбочки з газом у повітрі при її зважуванні як тари на Другому плечі коромисла вагів розташовують запаяну колбочку точно такого ж обсягу.

Рис. 274. Прилади для визначення щільності газу: колбочка (а) та рідинний (б) та ртутний (в) еффуеіометри

Поверхня цієї колбочки обробляють (очищають) щоразу так само, як і зважується з газом.

У процесі вакуумування колбочку трохи нагрівають, залишаючи підключеної до вакуумної системи протягом декількох годин, оскільки залишки повітря та вологи важко видаляються. У вакуумованої колби може змінитися об'єм через стиснення стінок атмосферним тиском. Похибка визначення густини легких газів від такого стиснення може досягати 1%. В окремих випадках для газу визначають і відносну щільність dв, тобто відношення щільності даного газу рв до щільності іншого газу, вибраного як стандартного р0, взятого при тій же температурі та тиску:

де Mв і Mо - відповідно молярні маси досліджуваного газу і стандартного, наприклад повітря або водню, г/моль.

Для водню M0 = 2,016 г/моль, тому

З цього співвідношення можна визначити молярну масу газу, якщо прийняти його за ідеальний.

Швидким методом визначення густини газу є метод вимірювання тривалості його закінчення з малого отвору під тиском, яка пропорційна швидкості закінчення.

де τв і τo ~ час закінчення газу і повітря відповідно.

Вимірювання щільності газу цим методом проводять при полоші ефузіометра (рис. 274,6) - широкого циліндра б високі близько 400 мм, всередині якого знаходиться посудина 5 з основою 7, з отворами для входу і виходу рідини. На посудині 5 нанесені дві мітки М1 та М2 для відліку обсягу газу, час закінчення якого спостерігають. Кран 3 служить для впускання газу, а кран 2 - для випуску через капіляр 1. Термометром 4 контролюють температуру газу.

Визначення щільності газу швидкості його закінчення виконують наступним чином. Наповнюють циліндр б рідиною, в якій газ майже нерозчинний, щоб був заповнений і посудина 5 вище мітки М2. Потім через кран 3 рідину видавлюють з судини 5 досліджуваним газом нижче мітки М1, причому вся рідина повинна залишитися в циліндрі. Після цього, закривши кран 3, відкривають кран 2 і дають вийти надлишку газу через капіляр 1. Як тільки рідина досягне мітки М1 включають секундомір. Рідина, витісняючи газ, поступово піднімається до мітки М2. У момент дотику меніска рідини мітки М2 секундомір вимикають. Досвід повторюють 2-3 рази. Аналогічні операції проводять і з повітрям, ретельно промив їм посудину 5 від залишків досліджуваного газу. Різні спостереження тривалості закінчення газу нічого не винні відрізнятися більш ніж 0,2 - 0,3 з.

Якщо для досліджуваного газу не можна підібрати рідину, в якій він був малорозчинний, застосовують ртутний ефузіонетр (рис. 274, в). Він складається зі скляної посудини 4 с триходовим краном 1 і зрівняльного судини 5, наповненого ртуттю. Посудина 4 знаходиться у скляній посудині 3, що виконує функції термостата. Через кран 1 посудину 4 вводять газ, витісняючи ртуть нижче мітки М1. Випускають досліджуваний газ або повітря через капіляр 2, піднявши зрівняльну посудину 5. Більш чутливими приладами для визначення щільності газів є газовий ареометр Штока (мал. 275,а) та газові ваги

Шток Альфред (1876-1946) - німецький хімік-неорганік та аналітик.

В ареометрі Штока один кінець кварцевої трубки роздутий в тонкостінний шар 1 діаметром 30 - 35 мм, наповнений повітрям, а інший відтягнутий у волосок 7. Всередину трубки щільно здавлений невеликий залізний стрижень 3.

Рис. 275. Ареометр Штока (а) та схема установки (б)

Вістря Відрубка з кулею спирається на кварцову або агатову опору. Трубка з кулею помішані в кварцову посудину 5 з круглою круглою пробкою. Поза судини розташований соленоїд 6 із залізним сердечником. За допомогою струму різної сили, що протікає через соленоїд, вирівнюють положення коромисла з кулею так, щоб волосок 7 вказував точно на індикатор нуля 8. За положенням волоска спостерігають за допомогою зорової труби або мікроскопа.

Ареометр Штока приварюють до трубки 2 для усунення вібрацій.

Куля з трубкою знаходяться в рівновазі при даній щільності навколишнього газу. Якщо в посудині 5 один газ замінити на інший за постійного тиску, то рівновага порушиться через зміну щільності газу. Для відновлення необхідно або притягнути стрижень 3 електромагнітом 6 вниз при зниженні щільності газу, або дати йому піднятися вгору при збільшенні щільності. Сила струму, що протікає через соленоїд, при досягненні рівноваги прямо пропорційна до зміни щільності.

Прилад градуюють газами відомої щільності. Точність ареометра Штока 0,01 - 0,1%, чутливість порядку ДО"7 г, діапазон вимірів від 0 до 4 г/л.

Установка з ареометром Штока. Ареометр Штока/(рис-275,6) приєднують до вакуумної системи так, що він висить на трубці 2 як на пружині. Коліно 3 трубки 2 занурено в посудину Дьюара 4 з охолоджувальною сумішшю, що дозволяє підтримувати температуру не вище -80 o C для конденсації пари ртуті, якщо для створення вакууму в ареометрі використовує ртутний дифузійний насос. Кран 5 з'єднує ареометр з колбою, що містить ідосліджуваний газ. Пастка захищає дифузійний насос від впливом досліджуваного газу, а пристрій 7 служить для точного регулювання тиску. Вся система через трубку з'єднана із дифузійним насосом.

Об'єм газу вимірюють за допомогою каліброваних газових береток (див. рис. 84) з водяною сорочкою, що термостатується. Щоб уникнути поправок на капілярні явища 3 газову і компенсаційну 5 бюретки підбирають однакового діаметра і розташовують в термостатируемой сорочці 4 поруч (рис. 276). Як замикаючих рідин застосовують ртуть, гліцерин та інші рідини, що погано розчиняють досліджуваний газ.

Оперують цим приладом в такий спосіб. Спочатку заповнюють бюретки рідиною рівня вище крана 2, піднімаючи посудину б. Потім газову бюретку з'єднують із джерелом газу та вводять його, опускаючи посудину б, після чого кран 2 закривають. Для зрівнювання тиску газу, що знаходиться в бюретці 3, з атмосферним тиском посудину підносять впритул до бюретки і встановлюють на такій висоті, щоб меніски ртуті в компенсаційній 5 і газовій 3 бюретках були на одному рівні. Оскільки компенсаційна бюретка повідомляється з атмосферою (її верхній кінець відкритий), при такому положенні менісків тиск газу в газовій бюретці дорівнюватиме атмосферному.

Одночасно вимірюють атмосферний тиск барометру і температуру води в сорочці 4 за допомогою термометра 7.

Знайдений обсяг газу призводять до нормальних умов (0 ° С; 0,1 МПа), використовуючи рівняння для ідеального газу:

V0 і V - наведений до нормальних умов об'єм (л) газу і вимір-иЬ1й обсяг газу при температурі t (°С) відповідно; р - атмосферний тиск у момент виміру обсягу газу, торр.

Якщо газ містить пари води або перебував перед вимірюванням об'єму в посудині над водою або водним розчином, то його обсяг призводять до нормальних умов з урахуванням тиску пари води p1 при температурі досвіду (див. табл. 37):

Рівняння застосовують у тому випадку, якщо атмосферний тиск при вимірюванні об'єму газу було порівняно близько до 760 тор. Тиск реального газузавжди менше, ніж у ідеального, через взаємодію молекул. Тому знайдене значення обсягу газу вводять поправку на неідеальність газу, взяту зі спеціальних довідників.

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

Федеральне державне бюджетне освітня установавищої професійної освіти

«Російський державний університетнафти та газу ім. І.М.Губкіна»

О.М. Тимашев, Т.А. Беркунова, Е.А. Мамедов

ВИЗНАЧЕННЯ ЩІЛЬНОСТІ ГАЗУ

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисциплін «Технологія експлуатації газових свердловин» та «Розробка та експлуатація газових та газоконденсатних родовищ» для студентів спеціальностей:

РГ, РН, РБ, МБ, МО, ГР, ГІ, ДП, ГФ

За редакцією професора А.І. Єрмолаєва

Москва 2012

Визначення густини газу.

Методичні вказівки до проведення лабораторних робіт/О.М. Тимашев,

Т.А. Беркунова, Е.А. Мамедов - М.: РГУ нафти та газу імені І.М. Губкіна, 2012.

Викладено способи лабораторного визначення густини газу. В основу покладено діючий ГОСТ 17310 - 2002.

Методичні вказівки призначені для студентів нафтогазових вузів спеціальностей: РД, РН, РБ, МБ, МО, ГР, ГІ, ДП, ГФ.

Видання підготовлено на кафедрі розробки та експлуатації газових та га-

зоконденсатних родовищ.

Друкується за рішенням навчально-методичної комісії факультету роз-

ботки нафтових та газових родовищ.

	Вступ……………………………………………………………….
	Основні визначення……………………………………………….
	Щільність газу при атмосферному тиску…………..
	Відносна щільність газу……………………………………….
	Щільність газу при тисках і температурах……….
	Лабораторні способи визначення щільності газу….
	Пікнометричний метод……………………………………………
	Розрахункові формули…………………………………………………..
	Порядок визначення щільності……………………………………
	Розрахунок щільності газу…………………………………………………
	Визначення щільності газу шляхом закінчення…………………..
	Виведення співвідношень для визначення щільності досліджуваного га-
	за………………………………………………………………………..
2.2.2. Порядок проведення роботи………………………………………….
2.2.3. Обробка результатів вимірів…………………………………..
	Контрольні питання………………………………………………..
	Література…………………………………………………………….
	Додаток А…………………………………………………………
	Додаток Б………………………………………………………….
	Додаток В…………………………………………………………

Вступ

Фізичні властивості природних газів і вуглеводневих конденсатів ви-

користуються як на стадії проектування розробки та облаштування родовищ

ний природних газів, і під час аналізу та контролю розробки родовища,

роботи системи збирання та підготовки продукції газових та газоконденсатних свердловин Однією з основних фізичних якостей, що підлягають вивченню, є щільність газу родовищ.

Оскільки склад газу родовищ природних газів є складним,

що складається з вуглеводневих (алкани, циклоалкани та арени) та невуглеводневих

них компонентів (азот, гелій та ін рідкоземельні гази, а також кислі компо-

енти Н2 S і СО2), виникає необхідність лабораторного визначення щільно-

сті газів.

В данному методичній вказівцірозглянуті розрахункові способи визна-

лення щільності газу за відомим складом, а також два лабораторні методи визначення щільності газу: пікнометричний і метод закінчення через капил-

1. Основні визначення

1.1. Щільність газу при атмосферному тиску

Щільність газу дорівнює масі М, укладеної в одиниці об'єму вещест-

ва. Розрізняють щільність газу при нормальних н Р 0,1013мПа,Т 273К та

	стандартних з Р 0,1013 МПа, Т 293К									в умовах, а також за будь-яких дав-
	ленні Р і температуріТ Р,Т.									відомої молекулярної маси
	щільність за нормальних умов дорівнює
	за стандартних умов

Де М – молекулярна маса газу, кг/кмоль; 22,41 та 24,04, м3/кмоль – молярний обсяг газу відповідно при нормальних (0,1013 МПа, 273 К) та стандартних

(0,1013 МПа, 293 К) умов.

Для природних газів, що складаються з вуглеводневих і невуглеводневих компонентів (кислих та інертних), здається молекулярна маса М до

визначається за формулою

				êã/ êì î ëü,

де М i - молекулярна маса i-го компонента кг/кмоль;n i -мольний відсоток i-го компонента в суміші;

до – число компонентів у суміші (природному газі).

Щільність природного газу див дорівнює

							при 0,1 МПа та 293 К
							при 0,1 МПа та 293 К

i – щільність i-го компонента при 0,1 МПа та 293 К.

Дані щодо індивідуальних компонентів наведені у таблиці 1.

Перерахунок щільності при різних умовахтемператури та тиску

0,1013 МПа (101,325 кПа) у додатку Ст.

1.2. Відносна щільність газу

У практиці інженерних розрахунків часто використовується поняття віднос-

ная щільність, рівна відношенню щільності газу до щільності повітря однакових значенняхтиску та температури. Зазвичай приймають як еталонні нормальні або стандартні умови, при цьому щільність повітря зі-

відповідально становить 0 1,293 кг/м 3 і в 20 1,205 кг / м 3 . Тоді відносник-

ная щільність природного газу дорівнює

1.3. Щільність природного газу при тисках та температурах

Щільність газу для умов у продуктивному пласті, стовбурі свердловини, газо-

проводи та апарати при відповідних тисках і температурах визначають

ється за такою формулою

де Р іТ тиск та температура у місці розрахунку щільності газу; 293 К та 0,1013 МПа – стандартні умови при знаходженнісм;

z ,z 0 - коефіцієнти надстисливості газу відповідно приР іТ і стан-

дартних умовах (значення z0 = 1).

Найбільш простим способом визначення коефіцієнта надстискання z є графічний метод. Залежність z від наведених параметрів перед-

ставлено на рис. 1.

Для однокомпонентного газу (чистого газу) наведені параметри визна-

поділяються за формулами

	та Т c – критичні параметри газу.
Для багатокомпонентних (природних) газів попередньо розраховують-
ся псевдокритичні тиски та температури за залежністю
	Т nскn iТ ci /100,
	і Т c – критичні параметри i компонента газу.
Оскільки склад природного газу визначається до бутану С4 Н10											або гексану С6 Н14

включно, а всі інші компоненти об'єднуються в залишок (псевдоком-

понент) С5+ чи С7+ , у разі критичні параметри визначаються по фор-

При 100 М з 5240и700d з 5950,

М з 5 – молекулярна маса С5+ (С7+) кг/кмоль;

d c 5 – щільність псевдокомпоненту С5+ (С7+), кг/м3.

Залежність між М с		знаходиться за формулою Крега

Таблиця 1

Показники компонентів газу

Показники

Компоненти

Молекулярна маса,

М кг/кмоль

Щільність кг/м3 0,1

Щільність кг/м3 0,1

Відносна плот-

Критичний обсяг,

дм3/кмоль

Критичний тиск,

Критична темпера-

Критична стискає-

мість, zкр

Ацентричний фактор

Рисунок 1 – Залежність коефіцієнта надстискання z від наведених параметрів Pпр і Тпр 2. Лабораторні методи визначення густини природного газу 2.1. Пікнометричний метод Пікнометричний метод встановлений стандартом ГОСТ 17310-2002, в соот- вітстві з яким визначається щільність (відносна щільність) газів та газових сумішей. Сутність методу полягає у зважуванні скляного пікнометра об'ємом 100-200 см3 послідовно з осушеним повітрям і осушеним. газом при однаковій температурі і тиску. Щільність сухого повітря – еталонна величина. Знаючи внутрішній обсяг пікнометра, можна визначити густину природного газу невідомого складу (Досліджуваного газу). Для цього попередньо визначається внутрішній обсяг пікнометра («водне число»), по черзі зважуючи пікнометр із осушеним повітрям та дистильованою водою, щільності яких відомі. Потім зави- шується пікнометр, заповнений досліджуваним газом. Різниця мас пікнометра з досліджуваним газом і пікнометра з повітрям, поділена на значення обсягу пікнометра (водне число) додається до значення щільності сухого повітря, що становить результаті щільність досліджуваного газу. Виведення розрахункових формул показано нижче. 2.1.1. Розрахункові формули Щільність природного газу пікнометричним способом визначається на основі наступних співвідношень: г – густина газу в умовах проведення вимірів, г/дм3 кг; вз – щільність повітря за умов проведення вимірів, г/дм3 кг; Мг - маса газу в пікнометрі, г; МВЗ - маса повітря в пікнометрі, г;