Законът на Amagat гласи, че общият обем на смес от газове е равен на сумата от частичните обеми на всеки газ, които биха включили, ако не са, и налягането и температурата на сместа.
Известен е още като закон за частични или добавъчни обеми, а името му се дължи на френския физик и химик Емил Хилер Амагат (1841-1915), който го формулира за първи път през 1880 г. Той е аналогичен по обем на закона за частичните налягания на Далтън.
Въздухът в атмосферата и в балоните може да се третира като идеална газова смес, към която може да се приложи законът на Amagat. Източник: PxHere.
И двата закона се държат точно в идеални газови смеси, но те са приблизителни, когато се прилагат към реални газове, в които силите между молекулите играят важна роля. От друга страна, когато става дума за идеални газове, молекулярните атрактивни сили са незначителни.
формула
В математическа форма законът на Амагат приема формата:
V T = V 1 + V 2 + V 3 +…. = ∑ V i (T m, P m)
Където буквата V представлява обема, където V T е общият обем. Символът за сумиране служи като компактна нотация. T m и P m са съответно температурата и налягането на сместа.
Обемът на всеки газ е V i и се нарича обем на компонента. Важно е да се отбележи, че тези частични обеми са математически абстракции и не съответстват на реалния обем.
Всъщност, ако оставим само един от газовете в сместа в контейнера, той веднага би се разширил, за да заеме общия обем. Законът на Amagat обаче е много полезен, защото улеснява някои изчисления в газовите смеси, като дава добри резултати, особено при високо налягане.
Примери
Газовите смеси изобилстват в природата, като за начало живите същества вдишват смес от азот, кислород и други газове в по-ниска пропорция, така че това е много интересна газова смес, която да се характеризира.
Ето няколко примера за газови смеси:
-Въздухът в земната атмосфера, чиято смес може да бъде моделирана по различни начини, било като идеален газ, или с един от моделите за реални газове.
-Газови двигатели, които са с вътрешно горене, но вместо да използват бензин, те използват смес от природен газ-въздух.
-Сместа въглероден оксид-диоксид, която бензиновите двигатели изхвърлят през изпускателната тръба.
- Комбинацията от водород-метан, която изобилства от планетите на гигантските газове.
Междузвезден газ, смес, състояща се предимно от водород и хелий, която запълва пространството между звездите.
-Различни смеси от газове на индустриално ниво.
Разбира се, тези газообразни смеси обикновено не се държат като идеални газове, тъй като условията на налягане и температура са далеч от установените в този модел.
Астрофизичните системи като Слънцето далеч не са идеални, тъй като вариациите в температурата и налягането се появяват в слоевете на звездата и свойствата на материята се променят с течение на времето.
Газовите смеси се определят експериментално с различни устройства, като анализатора Orsat. За изгорелите газове има специални преносими анализатори, които работят с инфрачервени сензори.
Съществуват и устройства, които откриват течове на газ или са предназначени за откриване на определени газове, използвани главно в промишлени процеси.
Фигура 2. Старомоден газов анализатор за откриване на емисии от превозни средства, по-специално емисии на въглероден окис и въглеводороди. Източник: Wikimedia Commons.
Идеални газове и обемен обем
Важните връзки между променливите в сместа могат да бъдат получени чрез използване на закона на Amagat. Изхождайки от уравнението на идеалния газ на състоянието:
След това се решава обемът на компонент i от сместа, който след това може да се запише, както следва:
Където i i представлява броя молове газ, присъстващи в сместа, R е константата на газ, T m е температурата на сместа и P m е налягането на сместа. Броят бенки ni е:
Докато за пълния микс, n се дава от:
Разделяне на израза за, нито от последното:
Решаване за V i:
По този начин:
Където x i се нарича молна фракция и е безразмерно количество.
Молната фракция е еквивалентна на обемната фракция V i / V и може да се покаже, че е еквивалентна на фракцията на налягане P i / P.
За реални газове трябва да се използва друго подходящо уравнение на състоянието или трябва да се използва коефициентът на сгъстяване или коефициент на сгъстяване Z. В този случай уравнението на идеалния газ трябва да се умножи по този коефициент:
Упражнения
Упражнение 1
Следната газова смес се приготвя за медицинско приложение: 11 мола азот, 8 мола кислород и 1 мол въглероден диоксид. Изчислете частичните обеми и частичните налягания на всеки газ, присъстващ в сместа, ако тя трябва да има налягане от 1 атмосфера на 10 литра.
1 атмосфера = 760 mm Hg.
Решение
Смята се, че сместа съответства на модела за идеален газ. Общият брой на бенките е:
Молната част на всеки газ е:
-Азот: x Азот = 11/20
-Кислород: x кислород = 8/20
-Въглероден анхидрид: x Въглероден анхидрид = 1/20
Налягането и частичният обем на всеки газ се изчисляват, както следва:
-Азот: P N = 760 mm Hg. (11/20) = 418 mm Hg; V N = 10 литра. (11/20) = 5,5 литра.
-Кислород: P 0 = 760 mm Hg (8/20) = 304 mm Hg; V N = 10 литра. (8/20) = 4,0 литра.
-Карбонов анхидрид: P A-C = 760 mm Hg. (1/20) = 38 mm Hg; V N = 10 литра. (1/20) = 0,5 литра.
Всъщност може да се види, че казаното в началото е вярно: че обемът на сместа е сборът на частичните обеми:
Упражнение 2
50 мола кислород се смесват със 190 мола азот при 25 ° С и една атмосфера на налягане.
Прилагайте закона на Amagat, за да изчислите общия обем на сместа, като използвате уравнението на идеалния газ.
Решение
Знаейки, че 25 ºC = 298.15 K, 1 атмосфера на налягане е равна на 101325 Па, а константата на газ в Международната система е R = 8,314472 J / mol. К, частичните обеми са:
В заключение, обемът на сместа е:
Препратки
- Borgnakke. 2009. Основи на термодинамиката. 7-мо издание. Уили и синове.
- Cengel, Y. 2012. Термодинамика. 7-мо издание. McGraw Hill.
- Химия LibreTexts. Закон на Амагат. Възстановено от: chem.libretexts.org.
- Енгел, Т. 2007. Въведение във физикохимията: термодинамика. Пиърсън.
- Перес, С. Реални газове. Възстановено от: depa.fquim.unam.mx.