The Amagi zákon uvádza, že celkový objem zmesi plynov sa rovná súčtu čiastkových objemov každý plynu, ktorá by mala zahŕňať, ak je sám a tlak a teplota zmesi.
Známy je tiež ako zákon čiastkových objemov alebo prísad a jeho názov je spôsobený francúzskym fyzikom a chemikom Emile Hilaire Amagatom (1841-1915), ktorý ho prvýkrát formuloval v roku 1880. Objemovo je analogický zákonu čiastočných tlakov. z Daltonu.
Vzduch v atmosfére a balónoch sa dá považovať za ideálnu zmes plynov, na ktorú možno uplatniť Amagatov zákon. Zdroj: PxHere.
Obidva zákony platia presne v ideálnych zmesiach plynov, ale sú približné, keď sa uplatňujú na skutočné plyny, v ktorých sily medzi molekulami zohrávajú významnú úlohu. Na druhej strane, pokiaľ ide o ideálne plyny, molekulárne príťažlivé sily sú zanedbateľné.
vzorec
V matematickej podobe má Amagatov zákon formu:
V T = V 1 + V 2 + V 3 + …. = ∑ V i (T m , P m )
Ak písmeno V predstavuje objem, kde V T je celkový objem. Symbol sumácie slúži ako kompaktný zápis. T m a P m , sú teplota a tlak zmesi, resp.
Objem každého plynu je V i a nazýva sa objemom zložky. Je dôležité si uvedomiť, že tieto čiastkové zväzky sú matematické abstrakcie a nezodpovedajú skutočnému objemu.
Ak by sme v zmesi v nádobe ponechali iba jeden z plynov, okamžite by sa rozšírila a obsadila by celkový objem. Amagatov zákon je však veľmi užitočný, pretože uľahčuje niektoré výpočty v zmesiach plynov a poskytuje dobré výsledky, najmä pri vysokých tlakoch.
Príklady
Plynné zmesi oplývajú v prírode, na začiatku živé bytosti vdýchnu zmes dusíka, kyslíka a iných plynov v malom množstve, takže je to veľmi zaujímavá zmes plynov.
Tu je niekoľko príkladov zmesí plynov:
- Vzduch v zemskej atmosfére, ktorého zmes sa dá modelovať rôznymi spôsobmi, buď ako ideálny plyn alebo s jedným z modelov skutočných plynov.
- Motory s vnútorným spaľovaním, ale namiesto použitia benzínu používajú zmes zemného plynu a vzduchu.
- Zmes oxidu uhoľnatého a oxidu uhličitého, ktorú benzínové motory vypudzujú cez výfukové potrubie.
- Kombinácia vodík - metán, ktorá je bohatá na planéty s plynovými obrami.
Medzihviezdny plyn, zmes pozostávajúca hlavne z vodíka a hélia, ktorá vyplňuje priestor medzi hviezdami.
-Rôzne zmesi plynov na priemyselnej úrovni.
Tieto plynné zmesi sa samozrejme nechovajú ako ideálne plyny, pretože tlakové a teplotné podmienky sú ďaleko od podmienok stanovených v tomto modeli.
Astrofyzikálne systémy ako je Slnko nie sú ani zďaleka ideálne, pretože vo vrstvách hviezdy sa objavujú zmeny teploty a tlaku a vlastnosti hmoty sa menia v priebehu času.
Zmesi plynov sa určujú experimentálne s rôznymi zariadeniami, napríklad s analyzátorom Orsat. Pre výfukové plyny existujú špeciálne prenosné analyzátory, ktoré pracujú s infračervenými snímačmi.
Existujú tiež zariadenia, ktoré zisťujú úniky plynu alebo sú určené najmä na detekciu určitých plynov, ktoré sa používajú hlavne v priemyselných procesoch.
Obrázok 2. Staromódny analyzátor plynu na zisťovanie emisií vozidla, konkrétne emisií oxidu uhoľnatého a uhľovodíkov. Zdroj: Wikimedia Commons.
Ideálne objemy plynov a zložiek
Dôležité vzťahy medzi premennými v zmesi možno odvodiť pomocou Amagatovho zákona. Vychádzajúc z ideálnej rovnice plynu:
Ďalej je vyriešený objem zložky i zmesi, ktorý potom môže byť zapísaný nasledovne:
Tam, kde n i predstavuje počet molí plynu prítomného v zmesi, R je plynová konštanta, T m je teplota zmesi a P m je tlak zmesi . Počet mólov ni je:
Zatiaľ čo pre celý mix je n dané:
Rozdelenie výrazu pre neho alebo druhého:
Riešenie pre V i :
teda:
Kde x i sa nazýva molárny zlomok a je bezrozmerným množstvom.
Molárna frakcia je ekvivalentná frakcia objemu V I / V, a to môže byť preukázané, že je tiež ekvivalentná tlak frakcii P i / P.
Pre skutočné plyny sa musí použiť iná príslušná rovnica stavu alebo sa musí použiť faktor stlačiteľnosti alebo kompresný faktor Z. V tomto prípade sa rovnica stavu ideálnych plynov musí vynásobiť týmto faktorom:
cvičenie
Cvičenie 1
Na lekárske použitie je pripravená táto plynná zmes: 11 mólov dusíka, 8 mólov kyslíka a 1 mól oxidu uhličitého. Vypočítajte parciálne objemy a parciálne tlaky každého plynu prítomného v zmesi, ak musí mať tlak 1 atmosféra v 10 litroch.
1 atmosféra = 760 mm Hg.
Riešenie
Táto zmes sa považuje za vyhovujúcu ideálnemu modelu plynu. Celkový počet mólov je:
Molárny zlomok každého plynu je:
-Nitrogén: x dusík = 11/20
- Kyslík: x Kyslík = 8/20
- Anhydrid kyseliny uhličitej : x Anhydrid kyseliny uhličitej = 1/20
Tlak a čiastočný objem každého plynu sa vypočítajú takto:
-Nitrogen: P N . = 760 mm Hg (11/20) = 418 mm Hg; V N = 10 litrov. (11/20) = 5,5 litra.
-Oxygen: P O = 760 mm Hg (8/20) = 304 mm Hg;. V N = 10 litrov. (8/20) = 4,0 litra.
- Anhydrid kyseliny uhličitej: PA -C = 760 mm Hg (1/20) = 38 mm Hg; V N = 10 litrov. (1/20) = 0,5 litra.
Naozaj vidno, že to, čo bolo povedané na začiatku, je pravda: že objem zmesi je súčtom čiastkových objemov:
Cvičenie 2
50 mól kyslíka sa zmieša so 190 mólmi dusíka pri 25 ° C a jednej atmosfére tlaku.
Na výpočet celkového objemu zmesi použite Amagatov zákon pomocou rovnice ideálneho plynu.
Riešenie
S vedomím, že 25 oC = 298,15 K, 1 tlaková atmosféra je ekvivalentná 101325 Pa a plynová konštanta v medzinárodnom systéme je R = 8,314472 J / mol. K, čiastkové objemy sú:
Na záver možno povedať, že objem zmesi je:
Referencie
- Borgnakke. 2009. Základy termodynamiky. 7. vydanie. Wiley a synovia.
- Cengel, Y. 2012. Termodynamika. 7. vydanie. McGraw Hill.
- Chémia LibreTexts. Amagatov zákon. Obnovené z: chem.libretexts.org.
- Engel, T. 2007. Úvod do fyzikálnochemie: termodynamika. Pearson.
- Pérez, S. Skutočné plyny. Získané z: depa.fquim.unam.mx.