Densità ossigeno

La densità dell'ossigeno dipende dalla pressione e dalla temperatura e, in particolare, alla temperatura di 0 gradi Celsius e alla pressione di 1 atmosfera la densità dell'ossigeno è 1,429 chilogrammi al metro cubo.

Prima di procedere è necessaria una piccola precisazione: quando si parla di densità dell'ossigeno ci si riferisce all'ossigeno molecolare e non all'ossigeno inteso come elemento. Quest'ultimo è un elemento chimico con 8 protoni, si rappresenta con il simbolo O e in natura non si presenta così com'è, bensì legato ad altri elementi chimici e a se stesso.

In particolare dall'unione tra due atomi di ossigeno si ottiene l'ossigeno molecolare (detto anche ossigeno biatomico): si indica con la formula chimica O₂ ed è una delle principali componenti dell'aria che respiriamo, tanto che costituisce circa il 21% dell'atmosfera terrestre.

Con un abuso di linguaggio comunemente accettato, l'ossigeno molecolare viene chiamato più brevemente ossigeno, ed è proprio quello che faremo qui di seguito.

Densità dell'ossigeno in kg/dm³ e in g/cm³

L'unità di misura di riferimento della densità è il kg/m³, ma negli esercizi e nelle applicazioni potrebbe servire la densità espressa in chilogrammi al decimetro cubo (kg/dm³) oppure in grammi al centimetro cubo (g/cm³).

• La densità dell'ossigeno in chilogrammi al decimetro cubo è di 0,001429 kg/dm³, in notazione scientifica 1,429×10^-3 kg/dm³

• La densità dell'ossigeno in grammi al centimetro cubo è di 0,001429 g/cm³, o equivalentemente di 1,429×10^-3 g/cm³

I valori numerici delle densità in g/cm³ e in kg/dm³ sono uguali, non si tratta di un errore. ;) Entrambi si ottengono moltiplicando per 10^-3 (dividendo per 1000) la densità dell'ossigeno in kg/m³, come risulta evidente dalle seguenti equivalenze:

Formula per il calcolo della densità dell'ossigeno

La densità dell'ossigeno dipende dalla temperatura e dalla pressione, e nello specifico:

- a parità di temperatura, se la pressione aumenta anche la densità aumenta;

- a parità di pressione, se la temperatura aumenta la densità diminuisce.

Esiste in particolare una formula che permette di calcolare la densità dell'ossigeno al variare di temperatura e pressione.

Se indichiamo con la massa molare dell'ossigeno, con la pressione, con la temperatura e con la costante universale dei gas, la densità dell'ossigeno al variare di temperatura e pressione è data da:

In altri termini la densità dell'ossigeno è uguale al prodotto tra la massa molare dell'ossigeno e la pressione, fratto il prodotto tra la costante universale dei gas e la temperatura.

Prima di vedere di un esempio è bene precisare che per ottenere la densità in kg/m³ si devono esprimere:

• la massa molare in ;

• la pressione in pascal (Pa);

• la temperatura in kelvin (K);

• la costante universale dei gas in , il cui valore approssimato alla terza cifra decimale è

Da notare inoltre che la precedente formula non è altro che una riscrittura della legge dei gas ideali:

dove è il numero di moli che costituiscono il gas. Per ricavarne la versione particolare è sufficiente osservare che la massa può essere espressa come prodotto tra massa molare (massa di 1 mole della sostanza) e numero di moli, dunque basta sostituire il numero di moli con il rapporto tra massa totale e massa molare.

Esempio sul calcolo della densità dell'ossigeno

Calcolare la densità dell'ossigeno alla temperatura di 20 °C e alla pressione di 1 atm.

Svolgimento: la prima cosa da fare è esprimere la temperatura in kelvin e la pressione in pascal.

Per convertire i gradi Celsius in kelvin si deve sommare 273,15 al numero di °C che si vogliono esprimere in K, dunque

Per convertire le atmosfere in pascal basta moltiplicare per 101325, per cui

Ricordiamo inoltre che la massa molare dell'ossigeno molecolare è 32 g/mol, che equivalgono a 0,032 kg/mol

Possiamo ora applicare la formula per il calcolo della densità dell'ossigeno

svolgiamo i calcoli e semplifichiamo le unità di misura opportunamente

In conclusione la densità dell'ossigeno alla pressione di 1 atm e alla temperatura di 20 °C è di circa 1,33 kg/m³.

Potremmo fermarci qui, ma per completezza giustifichiamo l'ultimo passaggio:

• 1 pascal (1 Pa) è la pressione esercitata da una forza di 1 newton che agisce perpendicolarmente su una superficie di 1 metro quadro

• 1 joule (1 J) è il lavoro compiuto da una forza di 1 newton per compiere uno spostamento di 1 metro nella stessa direzione della forza

dunque

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Con questo è davvero tutto! Qualora volessi vedere da dove deriva la formula per il calcolo della densità dell'ossigeno, ti rimandiamo all'approfondimento sulla densità dei gas - click!