Hustota plynů – tabulka: vodík, helium, CO₂, kyslík, vzduch (kg/m³)

Tabulka hustoty plynů

Tabulka shrnuje hustoty vybraných plynů. U plynů je nutné vždy počítat se závislostí na teplotě a tlaku, proto jsou hodnoty vhodné hlavně jako orientační přehled.

Hustota plynů je výrazně menší než hustota kapalin a pevných látek – typické hodnoty se při 0 °C a 100 kPa pohybují zhruba od desetin po jednotky kg·m⁻³. Pro porovnání: voda má hustotu přibližně 1 000 kg·m⁻³, tedy zhruba 800krát více než suchý vzduch.

Na rozdíl od kapalin a pevných látek je hustota plynu silně závislá na tlaku a teplotě. Pro ideální plyn platí stavová rovnice:

p · V = n · R · T

p: tlak [Pa]
V: objem [m³]
n: látkové množství [mol]
R: univerzální plynová konstanta (8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹)
T: absolutní teplota [K]

Z toho plyne, že hustota plynu roste s tlakem a klesá s teplotou. Hodnoty v tabulce platí pro 0 °C a 100 kPa, pokud není uvedeno jinak. Nejde tedy o stejné podmínky jako 0 °C a 101 325 Pa; rozdíl je malý, ale u přesných výpočtů je nutné jej rozlišit. Podrobnější vlastnosti vzduchu najdete na stránce Vzduch.

Jak tabulku používat

Tabulka slouží jako orientační přehled hustoty vybraných plynů při 0 °C a 100 kPa. Pokud potřebujete hodnotu pro jinou teplotu nebo tlak, nepřebírejte číslo mechanicky: u plynů se hustota mění téměř přímo úměrně tlaku a nepřímo úměrně absolutní teplotě.

Pro přesné technické výpočty používejte údaje pro konkrétní složení plynu, vlhkost, teplotu a tlak. To je důležité zejména u vzduchu, zemního plynu, spalin a směsí technických plynů.

Tabulka *hustoty* vybraných plynů
Látka	Hustota [kg·m⁻³]	Poznámka
Acetylen	1,147
Amoniak	0,75	[3]
Argon	1,759
Bromvodík	3,563	[3]
Butan	2,559	[3]
Dusík	1,234
Ethan	1,24
Ethylen	1,235
Fluor	1,673	[3]
Helium	0,1762
Chlor	3,12
Chlorovodík	1,605
Krypton	3,69
Kyslík	1,409
Methan	0,707
Zemní plyn (převážně methan)	0,70–0,85	orientačně, podle složení
Neon	0,888
Oxid dusnatý	1,323
Oxid dusný	1,938
Oxid siřičitý	2,82	[3]
Oxid uhelnatý	1,234
Oxid uhličitý	1,951
Ozon	2,114	[3]
Propan	1,942
Sirovodík	1,501
Vodík	0,088 95
Vzduch (suchý)	1,275 9
Xenon	5,78	[3]

Zdroje:

Čmelík, M., Machonský, L., Šíma, Z. Fyzikální tabulky. Liberec: TU Liberec, 2001

[3] Mikulčák a kolektiv. Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy. Praha: SPN Praha, 1988

Hustota suchého vzduchu

Hustota suchého vzduchu ve stupních Celsia:

ρ = (ρ₀ / (1 + γ · t)) · (p / p₀)

hustota vzduchu [kg·m⁻³]

ρ₀

hustota vzduchu

koeficient teplotní roztažnosti vzduchu [K⁻¹]

teplota [°C]

tlak [Pa]

p₀

referenční tlak (100 kPa) [Pa]

ρ₀

1,276 kg·m⁻³

p₀

100 000 Pa

0,003 66 K⁻¹ (přibližně 1/273,15 K⁻¹)

Jde o zjednodušený vztah pro suchý vzduch v běžném rozsahu teplot. Pro vlhký vzduch, vysoké tlaky nebo přesné technické výpočty je nutné použít podrobnější stavové vztahy.

Zdroj: Mikulčák a kolektiv. Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy. Praha: SPN Praha, 1988

Proč helium stoupá vzhůru

Helium má hustotu 0,1762 kg·m⁻³, zatímco suchý vzduch má při stejných podmínkách hustotu 1,2759 kg·m⁻³ – helium je tedy přibližně sedmkrát lehčí než vzduch. Vztlaková síla, která působí na heliový balónek, je daná Archimedovým zákonem: balónek „vytlačí“ stejný objem vzduchu, který má větší hmotnost než plyn uvnitř, a balónek proto stoupá vzhůru.

Vodík je s hustotou 0,089 kg·m⁻³ ještě lehčí, ale kvůli vysoké hořlavosti se v osobní vzduchoplavbě prosadilo bezpečnější nehořlavé helium. Katastrofa vzducholodi Hindenburg v roce 1937 významně přispěla k ústupu vodíkových dopravních vzducholodí, nelze však z ní vyvozovat, že se vodík přestal používat úplně.

V praxi

Hustoty plynů se v praxi nejčastěji srovnávají s hustotou vzduchu, která je při podmínkách tabulky přibližně 1,2759 kg·m⁻³:

Vodík (0,089 kg·m⁻³) – přibližně 14× lehčí než vzduch; nejlehčí ze všech plynů.
Helium (0,176 kg·m⁻³) – přibližně 7× lehčí než vzduch; proto heliové balónky stoupají.
Methan (0,707 kg·m⁻³) – lehčí než vzduch; hlavní složka zemního plynu, při úniku stoupá ke stropu.
Zemní plyn – směs s převahou methanu; hustota závisí na složení, orientačně bývá nižší než hustota vzduchu.
Dusík (1,234 kg·m⁻³) – velmi blízký vzduchu (tvoří 78 % atmosféry).
Kyslík (1,409 kg·m⁻³) – mírně těžší než vzduch.
Oxid uhličitý – CO₂ (1,951 kg·m⁻³) – přibližně 1,5× těžší než vzduch; hromadí se u země a ve sklepích.
Směs propanu a butanu – butan (2,559 kg·m⁻³) a propan (1,942 kg·m⁻³) jsou těžší než vzduch; při úniku klesají ke dnu místnosti.
Xenon (5,78 kg·m⁻³) – přibližně 4,5× těžší než vzduch; nejhustší plyn v tabulce.

Časté otázky

Jaká je hustota vodíku?: Vodík má při podmínkách tabulky (0 °C, 100 kPa) hustotu přibližně 0,088 95 kg·m⁻³. Je to nejlehčí plyn a je přibližně čtrnáctkrát lehčí než suchý vzduch.
Jaká je hustota helia?: Helium má při podmínkách tabulky hustotu 0,1762 kg·m⁻³, tedy přibližně sedmkrát méně než suchý vzduch. Proto heliové balónky stoupají.
Jaká je hustota CO₂ (oxidu uhličitého)?: Oxid uhličitý (CO₂) má při podmínkách tabulky hustotu 1,951 kg·m⁻³ – přibližně 1,5krát více než suchý vzduch. CO₂ je těžší než vzduch a může se hromadit u země a ve špatně větraných prostorách.
Jakou hustotu má vzduch?: Suchý vzduch má při 0 °C a 100 kPa hustotu přibližně 1,2759 kg·m⁻³. Při 0 °C a 101 325 Pa je to přibližně 1,293 kg·m⁻³. Hustota vzduchu klesá s rostoucí teplotou a s klesajícím tlakem.
Jaká je hustota kyslíku?: Kyslík (O₂) má při podmínkách tabulky hustotu 1,409 kg·m⁻³, tedy o něco více než suchý vzduch.
Jaká je hustota dusíku?: Dusík (N₂) má hustotu 1,234 kg·m⁻³ – mírně méně než suchý vzduch. Tvoří přibližně 78 % objemu zemské atmosféry.
Proč se u plynů musí uvádět teplota a tlak?: Plyn je stlačitelný. Při vyšším tlaku má stejný objem plynu větší hmotnost, a tedy vyšší hustotu. Při vyšší teplotě se plyn rozpíná a hustota klesá. Proto je nutné u tabulek hustoty plynů vždy uvádět teplotu a tlak.
Který plyn je lehčí než vzduch?: Výrazně lehčí než vzduch jsou vodík, helium, methan a amoniak. Naopak oxid uhličitý, chlor, propan, butan nebo xenon jsou hustší než vzduch.

Doplňkové zdroje: Engineering ToolBox – Density of Gases; NIST Chemistry WebBook; SI Brochure.