Калькуляторы
Плотность газа: таблица значений, формула расчета по воздуху и водороду
Плотность газов: таблица значений при нормальных и стандартных условиях
Справочные данные о плотности газов в кг на м3 при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 101325 Па по ГОСТ и справочникам | Обновлено октябрь 2025
| Категория ↕ | Газ ↕ | Формула ↕ | ρ, кг/м³ ↕ | Условия ↕ | M, г/моль ↕ | d (возд.) ↕ |
|---|
Что такое плотность газа и как она измеряется
Плотность газа представляет собой физическую величину, характеризующую массу газообразного вещества в единице объема. Измеряется в килограммах на кубический метр при определенных условиях температуры и давления. Плотность является важнейшей характеристикой любого газа, определяющей его физические свойства и поведение в различных процессах.
Важное замечание о условиях измерения: В данной таблице все значения плотности приведены при нормальных условиях (0°C, 101325 Па), принятых в научной литературе. Для коммерческих расчетов в газовой отрасли РФ используются стандартные условия по ГОСТ 2939-63 (20°C, 101325 Па). Разница температур приводит к отличию значений плотности примерно на семь процентов.
Знание плотности газов необходимо для решения множества практических задач в промышленности, научных исследованиях и повседневной жизни:
- Расчет массы газа по измеренному объему для коммерческого учета и бухгалтерских операций
- Проектирование систем вентиляции, газоснабжения и промышленных газопроводов
- Определение условий безопасности при работе с различными газообразными веществами
- Расчет относительной плотности газовых смесей и их поведения в атмосфере
- Пересчет объемных характеристик газов из рабочих условий в нормальные и стандартные
От чего зависит плотность газов: влияние температуры и давления
Плотность газообразных веществ не является постоянной величиной и существенно изменяется под влиянием температуры и давления. При повышении температуры газа его молекулы начинают двигаться быстрее, объем увеличивается, что приводит к снижению плотности. При охлаждении происходит обратный процесс - плотность газа возрастает.
Основные факторы, влияющие на удельный вес газов и паров:
- Температура окружающей среды - главный фактор изменения плотности газообразных веществ
- Давление газа - при увеличении давления плотность возрастает пропорционально согласно уравнению состояния идеального газа
- Молекулярная масса газа - тяжелые газы имеют большую плотность по сравнению с легкими
- Влажность - присутствие водяных паров в газовой смеси влияет на общую плотность
- Высота над уровнем моря - атмосферное давление снижается с высотой, что влияет на плотность
Именно поэтому принято приводить все измерения плотности газов к нормальным физическим условиям с температурой ноль градусов Цельсия и давлением 101325 паскалей, что позволяет объективно сравнивать различные газы между собой.
Как рассчитать плотность газа: формула и методы расчета
Для определения плотности газов используется несколько методов расчета в зависимости от имеющихся данных. Основной способ базируется на уравнении Менделеева-Клапейрона для идеального газа, которое связывает давление, объем, температуру и количество вещества газообразного вещества.
Основные формулы для расчета плотности газов:
- Формула плотности через молярную массу: ρ = (P × M) / (R × T), где P - давление в паскалях, M - молярная масса газа в кг/моль, R - универсальная газовая постоянная 8314 Дж/(моль·К), T - абсолютная температура в кельвинах
- При нормальных условиях упрощенно: ρ = M / 22,4, где молярный объем любого идеального газа при нормальных условиях составляет 22,4 литра на моль или 0,0224 кубического метра на моль
- Относительная плотность газа по воздуху: d = ρ(газа) / ρ(воздуха), где плотность сухого воздуха при нормальных условиях составляет 1,2928 кг/м³
- Относительная плотность по водороду: d(H₂) = M(газа) / M(H₂), используется для сравнения газов с самым легким элементом
- Плотность газовой смеси рассчитывается по правилу аддитивности с учетом объемных или массовых долей компонентов
Для точного измерения плотности газов применяются специальные приборы - плотномеры различных типов: пикнометрические, вибрационные, ареометрические и другие устройства. Для природного газа методы расчета физических свойств установлены в ГОСТ 30319.2-2015.
Нормальные и стандартные условия для газов: определение и различия
В газовой промышленности и научных расчетах используются понятия нормальных условий и стандартных условий, которые имеют различные значения температуры при одинаковом давлении. Понимание этой разницы критически важно для корректного пересчета объемов газа и определения плотности, так как различие в температуре приводит к изменению плотности примерно на семь процентов.
Нормальные условия для газов согласно международным стандартам ИЮПАК и научной практике определяются следующими параметрами:
- Температура нормальных условий: ноль градусов Цельсия или 273,15 кельвина
- Давление при нормальных условиях: 101325 паскалей (760 мм ртутного столба, 1 атмосфера, 1,01325 бар)
- Молярный объем идеального газа при нормальных условиях: 22,414 литра на моль или 0,022414 кубического метра на моль
- Плотность воздуха при нормальных условиях: 1,2928 килограмма на кубический метр
Стандартные условия по ГОСТ 2939-63, применяемые в газовой отрасли Российской Федерации для коммерческих расчетов с потребителями:
- Температура стандартных условий: 20 градусов Цельсия или 293,15 кельвина
- Давление стандартных условий: 101325 Па (760 мм рт. ст., нормальная атмосфера)
- Относительная влажность: ноль процентов (сухой газ)
- Разница в плотности между нормальными и стандартными условиями составляет приблизительно семь процентов из-за разницы температур в двадцать градусов
ВАЖНО: С 1982 года ИЮПАК рекомендует стандартное давление 100000 Па (1 бар) вместо 101325 Па, однако в российской практике и данной таблице используется традиционное значение 101325 Па. При использовании справочных данных всегда уточняйте, при каких именно условиях приведены значения плотности.
Плотность основных промышленных и природных газов
Различные газы имеют значительно отличающуюся плотность при нормальных условиях - от самого легкого водорода с плотностью 0,08987 кг/м³ до тяжелого радиоактивного радона с плотностью 9,73 кг/м³. Это разнообразие определяется молекулярной массой газов и их атомным составом.
Плотность наиболее распространенных промышленных газов при нормальных условиях (0°C, 101325 Па):
- Кислород - плотность составляет 1,429 кг/м³, относительная плотность по воздуху примерно 1,105, необходим для дыхания и горения
- Азот - удельный вес 1,2505 кг/м³, основной компонент атмосферного воздуха (около 78 процентов по объему)
- Углекислый газ - плотность диоксида углерода равна 1,9768 кг/м³, тяжелее воздуха в 1,53 раза, скапливается в низинах
- Воздух сухой - эталонная плотность 1,2928 кг/м³ при нормальных условиях, используется как референс для сравнения
- Аммиак - плотность 0,7714 кг/м³, легче воздуха, что важно учитывать в системах безопасности и вентиляции
- Метан - плотность 0,7168 кг/м³, основной компонент природного газа, легче воздуха
Для инертных благородных газов характерны следующие значения плотности: гелий 0,1785 кг/м³ (второй по легкости газ после водорода), неон 0,8999 кг/м³, аргон 1,7839 кг/м³, криптон 3,74 кг/м³, ксенон 5,89 кг/м³, радон 9,73 кг/м³. Плотность инертных газов возрастает с увеличением атомной массы элемента в периодической системе.
Относительная плотность газов по воздуху и водороду
Относительная плотность газа представляет собой безразмерную величину, показывающую, во сколько раз данный газ тяжелее или легче эталонного газа при одинаковых условиях температуры и давления. В качестве эталона чаще всего используют воздух или водород, что упрощает сравнение различных газообразных веществ между собой и прогнозирование их поведения.
Относительная плотность газа по воздуху рассчитывается как отношение плотности газа к плотности воздуха при одинаковых условиях: d = ρ(газа) / ρ(воздуха). Поскольку плотность воздуха при нормальных условиях составляет 1,2928 кг/м³, газы с относительной плотностью больше единицы тяжелее воздуха и опускаются вниз при утечке, а газы с плотностью меньше единицы - легче воздуха и поднимаются вверх, что критически важно для проектирования систем вентиляции и безопасности.
Примеры относительной плотности распространенных газов по воздуху:
- Водород имеет относительную плотность 0,0695 - самый легкий газ в природе, быстро улетучивается
- Гелий - относительная плотность 0,138, второй по легкости газ после водорода, используется для наполнения аэростатов
- Метан - относительная плотность около 0,554, легче воздуха, поднимается при утечке
- Углекислый газ - относительная плотность 1,529, тяжелее воздуха, скапливается в подвалах и низинах
- Пропан - относительная плотность 1,55, значительно тяжелее воздуха, опасен скоплением в закрытых помещениях
- Хлор - относительная плотность 2,49, очень тяжелый газ, чрезвычайно опасен при утечке
Относительная плотность по водороду используется реже, преимущественно в химических расчетах. Она численно равна отношению молярных масс газов, так как молярная масса молекулярного водорода H₂ принята равной два грамма на моль. Формула: d(H₂) = M(газа) / 2, где M - молярная масса исследуемого газа в граммах на моль.
Отказ от ответственности
Представленная таблица плотности газов содержит справочные данные исключительно для информационных и образовательных целей. Все значения получены из открытых источников, научной литературы и нормативных документов ГОСТ. Для точного определения плотности конкретной партии газа или газовой смеси необходимо проводить лабораторные измерения с применением сертифицированного оборудования в соответствии с действующими стандартами. Автор не несет ответственности за любые решения, принятые на основе представленной информации. При проведении промышленных расчетов, проектировании систем газоснабжения или выполнении научных исследований всегда используйте актуальные данные из официальных источников и консультируйтесь со специалистами.
Источники информации
- И.К. Кикоин - Таблицы физических величин. Справочник, Атомиздат, Москва, 1976 год (основной источник табличных данных о плотности газов)
- ГОСТ 2939-63 - Газы. Условия для определения объема (действующий стандарт, устанавливает стандартные условия для коммерческих расчетов: 20°C и 101325 Па)
- ГОСТ 30319.2-2015 - Газ природный. Методы расчета физических свойств. Вычисление физических свойств на основе данных о плотности (заменил ГОСТ 30319.1-96 с 1 января 2017 года)
- ГОСТ 30319.0-96 - Газ природный. Методы расчета физических свойств. Общие положения
- ГОСТ Р 51069-97 - Нефть и нефтепродукты. Метод определения плотности, относительной плотности и плотности в градусах API ареометром
- ГОСТ 3900-85 - Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности
- ГОСТ Р 8.595-2004 - Масса нефти и нефтепродуктов. Общие требования к методикам выполнения измерений
- ГОСТ 9293-74 - Азот газообразный и жидкий. Технические условия (с изменениями)
- ИЮПАК (IUPAC) - Международные рекомендации по стандартным условиям для газов (температура 0°C, давление 100 кПа или 1 бар с 1982 года)
- Уравнение Менделеева-Клапейрона для расчета плотности идеальных газов
- Справочные материалы по теплофизическим свойствам газов и паров при различных температурах и давлениях
- Государственная служба стандартных справочных данных (ГСССД) - справочные данные о физических свойствах газов
