Способ определения того, какие газы легче или тяжелее воздуха, заключается в сравнении их молярной массы с молярной массой воздуха. Можно легко вычислить молярную массу M любых веществ, например, углеводородов, если известна их химическая формула. Для этого требуется рассчитать сумму относительных атомных масс образующих его элементов. Значения относительных атомных масс приведены в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева (H = 1, C = 12, N = 14, и O = 16 г/моль). Пример: Молярная масса воздуха, состоящего из 20,9 % объемных долей кислорода O2 (M = 2*16 = 32 г/моль) и 79,1 % объемных долей азота N2 (M = 2*14 = 28 г/моль), составляет 0,209*32 + 0,791*28 = 28,836 г/моль. Значит любое вещество с молярной массой менее 28,836 г/моль легче воздуха. Этанол, химическая формула которого C2H5OH, содержит два атома углерода (2*C), шесть атомов водорода (6*H) и один атом кислорода (1*O). Отсюда молярная масса этанола M = 2*12 + 6*1 + 1*16 = 46 г/моль. Метан, химическая формула CH4, содержит один атом углерода и четыре атома водорода, отсюда молекулярная масса метана M = 1*12 + 4*1 = 16 г/моль. Удивительно, но существует лишь 12 газов, которые легче воздуха: Газ
| Формула
| Молярная масса
| Относительный вес (воздух=1)
| Горючий газ
| Водород
| H2
| 2
| 0.069
| да
| Гелий
| He
| 4
| 0.139
| нет
| Метан
| CH4
| 16
| 0.560
| да
| Аммиак
| NH3
| 17
| 0.589
| да
| Фтористый водород
| HF
| 20
| 0.694
| нет
| Неон
| Ne
| 20
| 0.694
| нет
| Ацетилен
| C2H2
| 26
| 0.902
| да
| Диборан
| B2H6
| 27
| 0.936
| да
| Синильная кислота*
| HCN
| 27
| 0.936
| да
| Угарный газ
| CO
| 28
| 0.971
| да
| Азот
| N2
| 28
| 0.971
| нет
| Этилен
| C2H4
| 28
| 0.971
| да
|
* Синильная кислота в большей степени жидкость, нежели газ, давление ее паров составляет 817 мбар при 20 °C (по определению, газы имеют точку кипения ниже 20°C). Кстати, пары еще одного, крайне важного негорючего вещества легче воздуха: пары обычной воды H2O имеют молярную массу 18 г/моль. Можно сделать вывод, что сухой воздух тяжелее влажного. При размещении сенсоров на горючие газы, необходимо помнить, что лишь три горючих газа: метан, водород и аммиак, легче воздуха. Эти газы в случае утечки поднимаются вверх до потолка помещения и скапливаются там. Поэтому газоанализаторы для обнаружения утечек метана, водорода или аммиака следует устанавливать как можно выше. Остальные горючие газы и пары горючих жидкостей тяжелее воздуха и скапливаются на уровне пола или в различных углублениях: траншеях, колодцах, подземных тоннелях. Соответственно газоанализаторы для контроля утечек горючих жидкостей следует размещать как можно ниже, учитывая при этом необходимый запас по высоте над уровнем пола для удобства последующего сервисного обслуживания и калибровки датчиков.
|
