Wyjaśnienie prawa amagat, przykłady, ćwiczenia

Prawo amagat stwierdza, że ​​całkowita objętość mieszanki gazowej jest równa sumie częściowej objętości.

Jest również znany jako prawo częściowych tomów lub dodatków, a jego nazwa jest spowodowana francuskiego fizyka i chemika Emile'a Hilaire Amagat (1841–1915), który po raz pierwszy sformułował je w 1880 r. Jest to analogiczne objętość do prawa częściowej presji Dalton.

Powietrze w atmosferze i balony można traktować jako mieszankę gazów idealnych, do których można zastosować prawo amagat. Źródło: Pxhere.

Oba prawa są spełnione dokładnie w idealnych mieszaninach gazu, ale są przybliżone, gdy są stosowane do rzeczywistych gazów, w których siły między cząsteczkami odgrywają znaczącą rolę. Z drugiej strony, jeśli chodzi o gazowe, siły przyciągania molekularnego są nikczemne.

[TOC]

Formuła

W formie matematycznej prawo Amagata nabywa formę:

V_T = V₁ + V₂ + V₃ +.. . = ∑ v_Siema (T_M, P_M)

Gdzie litera V reprezentuje objętość, będąc v_T Całkowita objętość. Symbol suma służy jako zwartą notację. T_M I p_M Temperatura i ciśnienie mieszaniny są odpowiednio.

Objętość każdego gazu wynosi v_Siema i nazywa się Objętość komponentów. Należy zauważyć, że te częściowe tomy są abstrakcjami matematycznymi i nie odpowiadają rzeczywistej objętości.

W rzeczywistości, gdybyśmy opuścili jeden z gazów gazowych w pojemniku, natychmiast rozszerzyłby się, aby zająć całkowitą objętość. Jednak prawo Amagata jest bardzo przydatne, ponieważ ułatwia niektóre obliczenia w mieszaninach gazowych, co daje dobre wyniki, szczególnie na wysokie presję.

Może ci służyć: alkany liniowe: struktura, właściwości, nomenklatura, przykłady

Przykłady

Mieszanki gazowe obfitują w przyrodę, aby rozpocząć żywe istoty, w mniejszym stopniu oddychamy mieszaniną azotu, tlenu i innych gazów, więc jest to bardzo interesująca mieszanka gazów do scharakteryzowania.

Poniżej niektóre przykłady mieszanin gazowych:

-Powietrze w atmosferze Ziemi, której mieszaninę można modelować na różne sposoby, jako gaz idealny lub z dowolnym z modeli prawdziwych gazów.

-Silniki gazowe, które są spalaniem wewnętrznym, ale zamiast używać benzyny, używają one dożylenia gazu ziemnego.

-Mieszanina tlenku tlenku węgla, która wydala silniki benzynowe z rurki wydechowej.

-Kombinacja metod wodoru, która obfituje w gigantyczne gigantyczne planety.

-Gaz międzygwiezdny, mieszanka, która składa się głównie z wodoru i helu, który wypełnia przestrzeń między gwiazdami.

-Różnorodne mieszanki gazów na poziomie przemysłowym.

Oczywiście, te gazowe mieszaniny zazwyczaj nie zachowują się jak gazy idealne, ponieważ warunki ciśnienia i temperatury odchodzą od tych ustalonych w tym modelu.

Systemy astrofizyczne, takie jak słońce, są dalekie od idealnego, ponieważ zmiany temperatury i ciśnienia pojawiają się w warstwach gwiazdy i właściwości materii zmieniają się w miarę upływu czasu.

Mieszanki gazowe są określane eksperymentalnie z różnymi urządzeniami, takimi jak Analizator ORSAT. W przypadku gazów spalinowych istnieją specjalne przenośne analizy, które działają z czujnikami podczerwieni.

Istnieją również urządzenia, które wykrywają wycieki gazu lub są zaprojektowane w szczególności do wykrywania niektórych gazów, stosowanych głównie w procesach przemysłowych.

Może ci służyć: olej: charakterystyka, struktura, typy, uzyskiwanie, użycia Rysunek 2. Nieprzeciętny analizator gazu w celu wykrywania emisji nośnika, w szczególności emisji tlenku węgla i węglowodorów. Źródło: Wikimedia Commons.

Gazy idealne i objętości komponentów

Ważne relacje między zmiennymi mieszaninowymi można wyprowadzić za pomocą prawa amagat. Począwszy od statusu gazów idealnych:

P.V = NRT

Następnie objętość komponentu jest wyczyszczana Siema mieszanki, którą można następnie napisać w następujący sposób:

V_Siema = n_SiemaRt_M / P_M

Gdzie N_Siema reprezentuje liczbę moli gazu obecnego w mieszaninie, R To jest stała gazu, T_M Jest to temperatura mieszanki i P_M presja tego samego. Liczba moli nie jest:

N_Siema = P_M V_Siema / Rt_M

Podczas gdy dla pełnej mieszanki, N Jest dany przez:

n = p_MV/rt_M

Dzielenie wyrażenia dla tych ostatnich:

N_Siema /n = v_Siema /V

Oczyszczanie v_Siema:

V_Siema = (n_Siema /n) v

Dlatego:

V_Siema = x_Siema V

Gdzie X_Siema Nazywa się Frakcja molowa I jest to kwota bezwymiarowa.

Frakcja molowa jest równoważna frakcji objętościowej V_Siema /V I można wykazać, że jest to również równoważne frakcji ciśnieniowej P_Siema /P.

W przypadku rzeczywistych gazów należy zastosować inne odpowiednie równanie statusu lub skorzystać z współczynnika ściśliwości lub współczynnika kompresji Z. W takim przypadku status gazów idealnych należy pomnożyć przez wspomniany czynnik:

P.V = z.NRT

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przygotowano następującą mieszaninę gazową do zastosowania medycznego: 11 moli azotu, 8 moli tlenu i 1 mol bezwodnika węglowego. Oblicz częściowe objętości i ciśnienia częściowe każdego gazu obecnego w mieszaninie, jeśli musi mieć ciśnienie 1 atmosfery w 10 litrach.

Może ci służyć: berylum: historia, struktura, właściwości, użycia

1 atmosfera = 760 mm Hg.

Rozwiązanie

Mieszanina jest uważana za zgodność z modelem gazów idealnych. Całkowita liczba moli to:

N = 11 + 8 + 1 mole = 20 moli

Ułamek molowy każdego gazu wynosi:

-Azot: x _Azot = 11/20

-Tlen: x _Tlen = 8/20

-Bezwodnik węglowodanów: x _{Bezwodnik węglowy} = 1/20

Ciśnienie i częściowa objętość każdego gazu są odpowiednio obliczane w ten sposób:

-Azot: str_N = 760 mm Hg.(11/20) = 418 mm Hg; V_N = 10 litrów. (11/20) = 5.5 litrów.

-Tlen: P_ALBO = 760 mm Hg.(8/20) = 304 mm Hg; V_N = 10 litrów. (8/20) = 4.0 litrów.

-Bezwodnik węglowodanów: P_A-C = 760 mm Hg.(1/20) = 38 mm Hg; V_N = 10 litrów. (1/20) = 0.5 litrów.

Rzeczywiście widać, że to, co jest powiedziane na początku, jest spełnione: że objętość mieszanki jest sumą częściowych woluminów:

10 litrów = 5.5 + 4.0 + 0.5 litrów.

Ćwiczenie 2

50 moli tlenu miesza się z 190 moli azotu w 25 ° C i atmosferą ciśnieniową.

Zastosuj prawo Amagata, aby obliczyć całkowitą objętość mieszanki, stosując idealne równanie gazu.

Rozwiązanie

Wiedząc, że 25 ºC = 298.15 K, 1 atmosfera ciśnienia jest równoważna 101325 PA, a stała gazu w systemie międzynarodowym wynosi r = 8.314472 J/mol. K, częściowe tomy to:

V _Tlen = n _Tlen. Rt_M /P_M = 50 mol × 8.314472 J/mol. K × 298.15 K/101325 PA = 1.22 m³.

V _Azot = n _Azot. Rt_M /P_M = 190 × 8.314472 J/mol. K × 298.15 k/101325 PA = 4.66 m³.

Podsumowując, objętość mieszanki wynosi:

V_T = 1.22 + 4.66 m³ = 5.88 m³.

Bibliografia

1. Borgnakke. 2009. Podstawy termodynamiki. 7. edycja. Wiley i synowie.
2. Cengel i. 2012. Termodynamika. 7. edycja. McGraw Hill.
3. Chemia librettexts. Prawo Amagata. Odzyskane z: chem.Librettexts.org.
4. Engel, t. 2007. Wprowadzenie do fizykochemii: termodynamika. osoba.
5. Pérez, s. Prawdziwe gazy. Odzyskane z: depa.Fquim.Unam.MX.