Plik Prawo Amagata ustala, że całkowita objętość mieszaniny gazów jest równa sumie częściowych objętości, jakie miałby każdy gaz wchodzący w jej skład, gdyby był sam oraz pod ciśnieniem i temperaturą mieszanki.
Znane jest również jako prawo objętości cząstkowych lub addytywnych, a jego nazwa pochodzi od francuskiego fizyka i chemika Emile'a Hilaire'a Amagata (1841-1915), który sformułował je po raz pierwszy w 1880 roku. ciśnień cząstkowych Daltona.
Obydwa prawa obowiązują dokładnie w idealnych mieszaninach gazowych, ale są przybliżone w odniesieniu do rzeczywistych gazów, w których siły między cząsteczkami odgrywają pierwszoplanową rolę. Z drugiej strony, jeśli chodzi o gazy idealne, molekularne siły przyciągania są pomijalne..
Indeks artykułów
W postaci matematycznej prawo Amagata przyjmuje postać:
VT = V1 + Vdwa + V3 +… = ∑ Vja (Tm, P.m)
Gdzie litera V oznacza objętość, gdzie V.T całkowita objętość. Symbol podsumowania służy jako zapis zwarty. Tm I pm są odpowiednio temperaturą i ciśnieniem mieszaniny.
Objętość każdego gazu wynosi V.ja i nazywa się objętość komponentu. Należy zauważyć, że te częściowe tomy są matematycznymi abstrakcjami i nie odpowiadają rzeczywistej objętości.
W rzeczywistości, gdybyśmy zostawili tylko jeden z gazów w mieszaninie w pojemniku, natychmiast rozszerzyłby się, aby zająć całą objętość. Jednak prawo Amagata jest bardzo przydatne, ponieważ ułatwia pewne obliczenia w mieszaninach gazowych, dając dobre wyniki zwłaszcza przy wysokich ciśnieniach..
Mieszanki gazów obfitują w naturę, po pierwsze, żywe istoty oddychają mieszaniną azotu, tlenu i innych gazów w mniejszych proporcjach, więc jest to bardzo interesująca mieszanka gazowa do scharakteryzowania..
Oto kilka przykładów mieszanin gazowych:
-Powietrze w atmosferze ziemskiej, którego mieszankę można modelować na różne sposoby, albo jako gaz doskonały, albo za pomocą jednego z modeli dla gazów rzeczywistych.
-Silniki gazowe, które są spalinami wewnętrznymi, ale zamiast benzyny używają mieszanki gazu ziemnego z powietrzem.
-Mieszanka tlenku węgla i dwutlenku węgla, którą silniki benzynowe wydalają przez rurę wydechową.
-Połączenie wodoru i metanu, które występuje w gazowych olbrzymach.
-Gaz międzygwiazdowy, mieszanina składająca się głównie z wodoru i helu, która wypełnia przestrzeń między gwiazdami.
-Różne mieszaniny gazów na poziomie przemysłowym.
Oczywiście te mieszaniny gazowe generalnie nie zachowują się jak gazy idealne, ponieważ warunki ciśnienia i temperatury są dalekie od ustalonych w tym modelu..
Układy astrofizyczne, takie jak Słońce, są dalekie od ideału, ponieważ w warstwach gwiazdy pojawiają się zmiany temperatury i ciśnienia, a właściwości materii zmieniają się wraz z ewolucją w czasie..
Mieszaniny gazów są określane eksperymentalnie za pomocą różnych urządzeń, takich jak analizator Orsat. W przypadku spalin istnieją specjalne przenośne analizatory współpracujące z czujnikami podczerwieni.
Istnieją również urządzenia, które wykrywają wycieki gazu lub są przeznaczone do wykrywania w szczególności niektórych gazów, używane głównie w procesach przemysłowych..
Ważne zależności między zmiennymi mieszaniny można wyprowadzić, korzystając z prawa Amagata. Wychodząc od równania stanu gazu doskonałego:
P.V = nRT
Następnie objętość komponentu jest czyszczona ja mieszaniny, którą można następnie zapisać w następujący sposób:
Vja = njaRTm / Pm
Gdzie nja reprezentuje liczbę moli gazu obecnego w mieszaninie, R jest stałą gazową, Tm jest temperaturą mieszaniny i P.m ciśnienie tego. Liczba moli ni wynosi:
nja = Pm Vja / RTm
A do pełnej mieszanki, n Jest dany przez:
n = PmV / RTm
Dzieląc wyrażenie na ni przez to drugie:
nja / n = Vja / V
Rozwiązując Vja:
Vja = (rzeczja / n) V
W związku z tym:
Vja = xja V
Gdzie xja to się nazywa Frakcja molowa y jest wielkością bezwymiarową.
Ułamek molowy jest równoważny ułamkowi objętości Vja / V i można wykazać, że jest on również równoważny frakcji ciśnieniowej P.ja / P.
W przypadku gazów rzeczywistych należy zastosować inne odpowiednie równanie stanu lub zastosować współczynnik ściśliwości lub współczynnik sprężania Z. W takim przypadku równanie stanu gazu doskonałego należy pomnożyć przez ten współczynnik:
P.V = Z.nRT
Do zastosowań medycznych przygotowywana jest następująca mieszanina gazów: 11 moli azotu, 8 moli tlenu i 1 mol dwutlenku węgla. Obliczyć częściowe objętości i ciśnienia cząstkowe każdego gazu obecnego w mieszaninie, jeśli musi on mieć ciśnienie 1 atmosfery na 10 litrów.
1 atmosfera = 760 mm Hg.
Uważa się, że mieszanina jest zgodna z idealnym modelem gazu. Całkowita liczba moli to:
n = 11 + 8 + 1 mola = 20 moli
Ułamek molowy każdego gazu to:
-Azot: x Azot = 11/20
-Tlen: x Tlen = 8/20
-Dwutlenek węgla: x Dwutlenek węgla = 1/20
Ciśnienie i objętość cząstkową każdego gazu oblicza się odpowiednio w następujący sposób:
-Azot: P.N = 760 mm Hg. (11/20) = 418 mm Hg; VN = 10 litrów. (11/20) = 5,5 litra.
-Tlen: P.LUB = 760 mm Hg. (8/20) = 304 mm Hg; VN = 10 litrów. (8/20) = 4,0 litra.
-Dwutlenek węgla: P.A-C = 760 mm Hg. (1/20) = 38 mm Hg; VN = 10 litrów. (1/20) = 0,5 litra.
Rzeczywiście, widać, że to, co zostało powiedziane na początku, jest prawdą: że objętość mieszaniny jest sumą częściowych objętości:
10 litrów = 5,5 + 4,0 + 0,5 litra.
50 moli tlenu miesza się z 190 molami azotu w 25 ° C i pod ciśnieniem jednej atmosfery.
Zastosuj prawo Amagata, aby obliczyć całkowitą objętość mieszaniny, korzystając z równania gazu doskonałego.
Wiedząc, że 25 ºC = 298,15 K, 1 atmosfera ciśnienia odpowiada 101325 Pa, a stała gazowa w układzie międzynarodowym wynosi R = 8,314472 J / mol. K, częściowe objętości to:
V Tlen = n Tlen. RTm / Pm = 50 mol x 8,314472 J / mol. K × 298,15 K / 101325 Pa = 1,22 m3.
V Azot = n Azot. RTm / Pm = 190 x 8,314472 J / mol. K × 298,15 K / 101325 Pa = 4,66 m3.
Podsumowując, objętość mieszaniny wynosi:
VT = 1,22 + 4,66 m3 = 5,88 m3.
Jeszcze bez komentarzy