Amagats lovforklaring, eksempler, øvelser

2199
Egbert Haynes

Det Amagats lov fastslår, at det samlede volumen af ​​en gasblanding er lig med summen af ​​de delvise volumener, som hver gas, der komponerer den, ville have, hvis den var alene og ved blandingens tryk og temperatur.

Det er også kendt som loven om partielle eller additive volumener, og dets navn skyldes den franske fysiker og kemiker Emile Hilaire Amagat (1841-1915), der formulerede det for første gang i 1880. Det er analogt med loven af delvis pres fra Dalton.

Luft i atmosfæren og i balloner kan behandles som en ideel gasblanding, som Amagats lov kan anvendes på. Kilde: PxHere.

Begge love holder nøjagtigt i ideelle gasblandinger, men de er omtrentlige, når de anvendes på ægte gasser, hvor kræfterne mellem molekyler spiller en fremtrædende rolle. På den anden side, når det kommer til ideelle gasser, er de molekylære tiltrækningskræfter ubetydelige..

Artikelindeks

  • 1 Formel
  • 2 Eksempler
    • 2.1 Ideelle gasser og komponentvolumener
  • 3 Øvelser
    • 3.1 Øvelse 1
    • 3.2 Øvelse 2
  • 4 Referencer

Formel

I matematisk form tager Amagats lov form:

VT = V1 + Vto + V3 +…. = ∑ Vjeg (Tm, Pm)

Hvor bogstavet V repræsenterer lydstyrken, hvor VT det samlede volumen. Summationssymbolet fungerer som en kompakt notation. Tm Og sm er henholdsvis temperaturen og trykket i blandingen.

Volumenet af hver gas er Vjeg og kaldes komponentvolumen. Det er vigtigt at bemærke, at disse delvolumener er matematiske abstraktioner og ikke svarer til det virkelige volumen.

Faktisk, hvis vi kun efterlod en af ​​gasserne i blandingen i beholderen, ville den straks ekspandere for at optage det samlede volumen. Amagats lov er dog meget nyttig, fordi den letter nogle beregninger i gasblandinger, hvilket giver gode resultater især ved høje tryk..

Eksempler

Gasblandinger findes i overflod i naturen, til at begynde med ånder levende væsener en blanding af nitrogen, ilt og andre gasser i en lavere andel, så dette er en meget interessant gasblanding at karakterisere..

Her er nogle eksempler på gasblandinger:

-Luften i Jordens atmosfære, hvis blanding kan modelleres på forskellige måder, enten som en ideel gas eller med en af ​​modellerne for ægte gasser.

-Gasmotorer, som er forbrænding, men i stedet for benzin bruger de en naturgas-luft-blanding.

-Kulilte-dioxid-blandingen, som benzinmotorer udsender gennem udstødningsrøret.

-Hydrogen-metan-kombinationen, der bugner af gas-gigantplaneterne.

-Interstellar gas, en blanding, der hovedsagelig består af brint og helium, der fylder rummet mellem stjernerne.

-Forskellige blandinger af gasser på industrielt niveau.

Naturligvis opfører disse gasformige blandinger generelt ikke som ideelle gasser, da tryk- og temperaturbetingelserne er langt fra dem, der er etableret i denne model..

Astrofysiske systemer såsom solen er langt fra ideelle, da variationer i temperatur og tryk vises i stjernens lag, og materialets egenskaber ændres, efterhånden som den udvikler sig over tid..

Gasblandinger bestemmes eksperimentelt med forskellige enheder, såsom Orsat-analysatoren. For udstødningsgasser er der specielle bærbare analysatorer, der arbejder med infrarøde sensorer.

Der er også enheder, der detekterer gaslækager eller er designet til at detektere bestemte gasser, især brugt hovedsageligt i industrielle processer..

Figur 2. Forældet gasanalysator til påvisning af emissioner fra køretøjer, især kulilte- og kulbrinteemissioner. Kilde: Wikimedia Commons.

Ideelle gasser og komponentvolumener

Vigtige forhold mellem blandingens variabler kan udledes ved at gøre brug af Amagats lov. Startende med den ideelle gasligning af tilstanden:

P.V = nRT

Derefter ryddes en komponents volumen jeg af blandingen, som derefter kan skrives som følger:

Vjeg = njegRTm / Pm

Hvor njeg repræsenterer antallet af mol gas, der er til stede i blandingen, R er gaskonstanten, Tm er blandingens temperatur og Pm trykket af det. Antallet af mol ni er:

njeg = Pm Vjeg / RTm

Mens for den komplette blanding, n Gives af:

n = PmV / RTm

Dele udtrykket for ni af sidstnævnte:

njeg / n = Vjeg / V

Løsning for Vjeg:

Vjeg = (njeg / n) V

Derfor:

Vjeg = xjeg V

Hvor xjeg det kaldes Molær fraktion y er en dimensionsløs størrelse.

Molfraktionen svarer til volumenfraktionen Vjeg / V og det kan vises, at det også svarer til trykfraktionen Pjeg / P.

For ægte gasser skal der anvendes en anden passende tilstandsligning eller kompressibilitetsfaktoren eller kompressionsfaktoren Z. I dette tilfælde skal den ideelle gasligning af tilstanden ganges med denne faktor:

P.V = Z.nRT

Uddannelse

Øvelse 1

Følgende gasblanding fremstilles til medicinsk anvendelse: 11 mol nitrogen, 8 mol ilt og 1 mol kuldioxid. Beregn delvolumen og partialtryk for hver gas, der er til stede i blandingen, hvis den skal have et tryk på 1 atmosfære i 10 liter.

1 atmosfære = 760 mm Hg.

Opløsning

Blandingen anses for at være i overensstemmelse med den ideelle gasmodel. Det samlede antal mol er:

n = 11 + 8 + 1 mol = 20 mol

Molfraktionen af ​​hver gas er:

-Kvælstof: x Kvælstof = 11/20

-Oxygen: x Ilt = 8/20

-Kuldioxid: x Carbondioxid = 1/20

Trykket og delvolumenet for hver gas beregnes henholdsvis som følger:

-Kvælstof: PN = 760 mm Hg. (11/20) = 418 mm Hg; VN = 10 liter. (11/20) = 5,5 liter.

-Oxygen: PELLER = 760 mm Hg. (8/20) = 304 mm Hg; VN = 10 liter. (8/20) = 4,0 liter.

-Kuldioxid: PAC = 760 mm Hg. (1/20) = 38 mm Hg; VN = 10 liter. (1/20) = 0,5 liter.

Faktisk kan det ses, at det, der blev sagt i starten, er sandt: at blandingens volumen er summen af ​​de delvise volumener:

10 liter = 5,5 + 4,0 + 0,5 liter.

Øvelse 2

50 mol ilt blandes med 190 mol nitrogen ved 25 ° C og en trykatmosfære.

Anvend Amagats lov til at beregne blandingens samlede volumen ved hjælp af den ideelle gasligning.

Opløsning

Ved at vide, at 25 ºC = 298,15 K, svarer 1 trykatmosfære til 101325 Pa, og gaskonstanten i det internationale system er R = 8,314472 J / mol. K, delvolumener er:

V Ilt = n Ilt. RTm / Pm = 50 mol × 8,314472 J / mol. K × 298,15 K / 101 325 Pa = 1,22 m3.

V Kvælstof = n Kvælstof. RTm / Pm = 190 × 8,314472 J / mol. K × 298,15 K / 101 325 Pa = 4,66 m3.

Afslutningsvis er blandingens volumen:

VT = 1,22 + 4,66 m3 = 5,88 m3.

Referencer

  1. Borgnakke. 2009. Grundlæggende om termodynamik. 7. udgave. Wiley og sønner.
  2. Cengel, Y. 2012. Termodynamik. 7. udgave. Mcgraw bakke.
  3. Kemi LibreTexts. Amagats lov. Gendannet fra: chem.libretexts.org.
  4. Engel, T. 2007. Introduktion til fysisk-kemi: termodynamik. Pearson.
  5. Pérez, S. Reelle gasser. Gendannet fra: depa.fquim.unam.mx.

Endnu ingen kommentarer