Densità idrogeno

La densità dell'idrogeno è di 0,08988 kg/m^3 in corrispondenza dei valori standard di temperatura e pressione; più precisamente la densità dell'idrogeno vale 0,08988 chilogrammi al metro cubo a una temperatura di 0° C e con una pressione di 1 atm.

Valore di riferimento della densità dell'idrogeno

La densità dell'idrogeno è influenzata dalla pressione e dalla temperatura, come d'altronde la densità di qualsiasi altro tipo di gas.

In assenza di indicazioni specifiche si è soliti prendere come riferimento una temperatura di 0 °C e una pressione di 1 atm, e in corrispondenza di tali valori la densità dell'idrogeno è di circa 0,08988 chilogrammi al metro cubo (kg/m³).

Volendoci esprimere in notazione scientifica diremo che la densità dell'idrogeno in kg/m³ è di circa 8,988×10^-2 kg/m³.

L'idrogeno (H) è un elemento chimico fondamentale e allo stato libero si trova sotto forma di gas biatomico, ossia come molecola formata da due atomi di idrogeno, comunemente detta idrogeno molecolare e indicata con la formula chimica H₂.

Per questo motivo con l'espressione densità dell'idrogeno si fa implicitamente riferimento all'idrogeno molecolare (H₂) e non all'idrogeno inteso come elemento chimico.

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

Il Sistema Internazionale (SI) consiglia di esprimere la densità in chilogrammi al metro cubo (kg/m³), ossia usando le unità di misura fondamentali per massa e volume del SI. Altre unità di misura molto usate sono:

- il chilogrammo al decimetro cubo (kg/dm³);

- il grammo al centimetro cubo (g/cm³).

• La densità dell'idrogeno in kg/dm³ è di circa 8,988×10^-5 kg/dm³ e si ottiene moltiplicando per 10^-3 la densità dell'idrogeno espressa in kg/m³.

• La densità dell'idrogeno in g/cm³ è di circa 8,988×10^-3 g/cm³ e anch'essa si ricava moltiplicando per 10^-3 la densità dell'idrogeno espressa in kg/m³.

Con il solito metodo per svolgere le equivalenze si ricava infatti che:

Formula per il calcolo della densità dell'idrogeno

La densità dell'idrogeno dipende dalla pressione e dalla temperatura, ed è uguale al prodotto tra la massa molare dell'idrogeno e la pressione, fratto il prodotto tra la costante universale dei gas e la temperatura.

Più esplicitamente se indichiamo con la massa molare dell'idrogeno, con la pressione, con la costante universale dei gas e con la temperatura, la densità dell'idrogeno è data da:

Le unità di misura da usare per ottenere la densità dell'idrogeno in kg/m³ sono:

• i kg/mol per la massa molare;

• i pascal (Pa) per la pressione;

• i kelvin (K) per la temperatura.

Inoltre la costante universale dei gas si deve esprimere in J/(mol·K), il cui valore approssimato alla terza cifra decimale è di circa 8,314 J/(mol·K)

Da ultimo, prima di proporre un esempio, precisiamo che la precedente formula si ottiene dalla legge dei gas ideali, come ampiamente discusso nell'approfondimento sulla densità dei gas.

Esempio sul calcolo della densità dell'idrogeno

Calcolare la densità dell'idrogeno alla temperatura di 20 °C e alla pressione di 200 bar.

Svolgimento: convertiamo la temperatura in kelvin e la pressione in pascal.

Per convertire i gradi Celsius in kelvin sommiamo 273,15 al numero di °C

Per convertire i bar in pascal moltiplichiamo la pressione in bar per 10⁵

Ricordiamo inoltre che la massa molare dell'idrogeno molecolare è 2,016 g/mol, che equivalgono a 2,016×10^-3 kg/mol

Abbiamo tutto quello che serve per applicare la formula della densità dell'idrogeno

svolgiamo i calcoli e semplifichiamo le unità di misura

Il pascal è definito dal rapporto tra newton (N) e metro quadro (m²)

mentre il joule (J) è definito come il prodotto tra newton e metro

per cui, sostituendo nel punto in cui ci siamo fermati, ricaviamo

In definitiva la densità dell'idrogeno alla pressione di 200 bar e alla temperatura di 20 °C è di circa 16,54 kg/m³.

***

Per concludere ti rimandiamo all'approfondimento sulla densità dei gas dove, tra le altre cose, trovi anche una tabella che elenca le densità dei principali tipi di gas.