Тхе Амагат закон наводи да је укупна запремина смеше гасова једнак збиру парцијалних волумена сваког гаса који ће укључити, ако сами и притисак и температуре смеше.
Познат је и као закон делимичних количина или адитива, а његово име је добио по француском физичару и хемичару Емили Хилаире Амагат (1841-1915) који га је први пут формулисао 1880. По обиму је аналоган закону парцијалних притисака од Далтона.
Зрак у атмосфери и у балонима може се третирати као идеална гасна смеша, на коју се може применити Амагатов закон. Извор: ПкХере.
Оба закона се тачно налазе у идеалним смешама гасова, али су приближне када се примењују на праве гасове, у којима силе између молекула играју истакнуту улогу. Са друге стране, кад су у питању идеални гасови, молекуларно привлачне силе су занемарљиве.
Формула
У математичком облику, Амагатов закон има облик:
В Т = В 1 + В 2 + В 3 +…. = ∑ В и (Т м , П м )
Где слово В представља запремину, где је В Т укупна запремина. Симбол сумирања служи као компактна нотација. Т м и П м су температура и притисак смеше, респективно.
Запремина сваког гаса је В и назива се запремина компоненте. Важно је напоменути да су ови делимични волумени математичке апстракције и не одговарају стварној количини.
У ствари, ако смо оставили само један гас у смеши у посуди, он би се одмах проширио и заузео укупну запремину. Међутим, Амагатов закон је веома користан јер олакшава неке прорачуне у мешавинама гаса, дајући добре резултате, посебно при високим притисцима.
Примери
Мешавине гаса у природи обилују, за почетак, жива бића удишу мешавину азота, кисеоника и других гасова у мањем омјеру, тако да је ово врло занимљива мјешавина гасова.
Ево неколико примера гасних смеша:
- Зрак у Земљиној атмосфери, чија се смеша може моделирати на различите начине, било као идеалан гас или помоћу једног од модела за праве гасове.
-Плински мотори, који су са унутрашњим сагоревањем, али уместо бензина користе смешу природног гаса и ваздуха.
- Мешавина угљен-моноксид-диоксида коју бензински мотори избацују кроз издувну цев.
-Компонент водоник-метан који обилује планетима гигантских гасова.
Међузвездани гас, мешавина која се састоји углавном од водоника и хелијума који испуњава простор између звезда.
- Различите мешавине гасова на индустријском нивоу.
Наравно, ове гасовите смеше се углавном не понашају као идеални гасови, јер су услови притиска и температуре далеко од оних утврђених у том моделу.
Астрофизички системи попут Сунца далеко су од идеалних, будући да се у слојевима звезде појављују разлике у температури и притиску, а својства материје се мењају како се током времена развијају.
Мешавине гаса се одређују експериментално са различитим уређајима, као што је Орсат анализатор. За издувне гасове постоје посебни преносни анализатори који раде са инфрацрвеним сензорима.
Постоје и уређаји који откривају цурење гаса или су дизајнирани тако да детектују одређене гасове, који се углавном користе у индустријским процесима.
Слика 2. Старомодни анализатор гаса за откривање емисија у возилу, посебно емисије угљен-моноксида и угљоводоника. Извор: Викимедиа Цоммонс.
Идеални гасови и запремина компонената
Важни односи између променљивих у мешавини могу се добити коришћењем Амагатовог закона. Полазећи од једнаџбе идеалног гаса стања:
Затим се решава запремина компоненте и смеше, која се затим може написати на следећи начин:
Где н и представља број молова гаса који су присутни у смеши, Р је константа гаса, Т м је температура смеше и П м притисак смеше . Број молова ни је:
Док за комплетан микс, н даје:
Дељење израза за потоње и друго:
Решавање за В и :
Тако:
Где се к и назива молна фракција и бездимензионална је количина.
Мосни удио је еквивалентан волумном удјелу В и / В и може се показати да је такође еквивалентан фракцији притиска П и / П.
За стварне гасове мора се употријебити друга одговарајућа једнаџба стања или користити фактор стлачивости или фактор компресије З. У том случају, једнаџба стања идеалних плинова мора се помножити с овим фактором:
Вежбе
Вежба 1
Следећа смеша гаса је припремљена за медицинску примену: 11 молова азота, 8 мола кисеоника и 1 мол угљен диоксида. Израчунајте парцијалне запремине и парцијалне притиске сваког гаса који се налази у смеши, ако мора да има притисак од 1 атмосфере у 10 литара.
1 атмосфера = 760 мм Хг.
Решење
Сматра се да је смеша у складу са моделом идеалног гаса. Укупан број молова је:
Молни удио сваког гаса је:
-Азот: к Азот = 11/20
-Кисик: к кисеоник = 8/20
-Барбонски анхидрид: к Карбонски анхидрид = 1/20
Тлак и делимична запремина сваког гаса израчунавају се на следећи начин:
-Азот: П Н = 760 мм Хг. (11/20) = 418 мм Хг; В Н = 10 литара. (11/20) = 5,5 литара.
-Окиген: П О = 760 мм Хг (8/20) = 304 мм Хг ;. В Н = 10 литара. (8/20) = 4,0 литара.
-Карбонски анхидрид: П А-Ц = 760 мм Хг. (1/20) = 38 мм Хг; В Н = 10 литара. (1/20) = 0,5 литара.
Заиста се може видети да је оно што је речено на почетку тачно: да је запремина смеше збир збирних парцијалних количина:
Вежба 2
50 молова кисеоника се помеша са 190 молова азота на 25 ° Ц и једном атмосфером притиска.
Примените Амагатов закон да бисте израчунали укупну запремину смеше користећи једнаџбу идеалног гаса.
Решење
Знајући да је 25 ºЦ = 298,15 К, 1 атмосферски притисак еквивалентан 101325 Па, а константа гаса у Међународном систему је Р = 8,314472 Ј / мол. К, парцијалне количине су:
Закључно, запремина смеше је:
Референце
- Боргнакке. 2009. Основе термодинамике. 7тх Едитион. Вилеи анд синови.
- Ценгел, И. 2012. Термодинамика. 7тх Едитион. МцГрав Хилл.
- Цхемистри ЛибреТектс. Амагатов закон. Опоравак од: цхем.либретектс.орг.
- Енгел, Т. 2007. Увод у физикохемију: Термодинамика. Пеарсон.
- Перез, С. Стварни гасови. Опоравак од: депа.фкуим.унам.мк.