Den Amagat lov fastslår at det totale volum av en blanding av gasser som er lik summen av de partielle volumdeler hver gass som ville inkludere, hvis alene og trykket og temperaturen av blandingen.
Det er også kjent som loven om delvise bind eller tilsetningsstoffer, og navnet skyldes den franske fysikeren og kjemikeren Emile Hilaire Amagat (1841-1915), som formulerte det for første gang i 1880. Det er analogt i volum til loven om delvise trykk av Dalton.
Luft i atmosfæren og i ballonger kan behandles som en ideell gassblanding, som Amagats lov kan anvendes på. Kilde: PxHere.
Begge lovene holder nøyaktig i ideelle gassblandinger, men de er omtrentlige når de brukes på virkelige gasser, der kreftene mellom molekyler spiller en fremtredende rolle. På den annen side, når det gjelder ideelle gasser, er de molekylære attraktive kreftene ubetydelige.
Formel
I matematisk form tar Amagats lov formen:
V T = V 1 + V 2 + V 3 +…. = ∑ V i (T m , P m )
Der bokstaven V representerer volumet, hvor V T er det totale volumet. Summasjonssymbolet fungerer som en kompakt notasjon. T m og P m er temperaturen og trykket til blandingen, henholdsvis.
Volumet av hver gass er V i og kalles komponentvolumet. Det er viktig å merke seg at disse delvolumene er matematiske abstraksjoner og ikke samsvarer med det virkelige volumet.
Faktisk, hvis vi bare etterlater en av gassene i blandingen i beholderen, ville den umiddelbart utvide seg til å okkupere det totale volumet. Amagats lov er imidlertid veldig nyttig, fordi den letter noen beregninger i gassblandinger, noe som gir gode resultater, spesielt ved høyt trykk.
eksempler
Gassblandinger florerer i naturen, til å begynne med, puster levende vesener en blanding av nitrogen, oksygen og andre gasser i en lavere andel, så dette er en veldig interessant gassblanding å karakterisere.
Her er noen eksempler på gassblandinger:
-Luften i jordens atmosfære, hvis blanding kan modelleres på forskjellige måter, enten som en ideell gass eller med en av modellene for ekte gasser.
-Gas motorer, som er forbrenning, men i stedet for å bruke bensin bruker de en naturgass-luftblanding.
-Kullmonoksyd-dioksydblandingen som bensinmotorer driver ut gjennom eksosrøret.
-Hydrogen-metankombinasjonen som florerer i gassgigantplanetene.
Interstellar gass, en blanding som hovedsakelig består av hydrogen og helium som fyller rommet mellom stjernene.
-Diverse blandinger av gasser på industrielt nivå.
Selvfølgelig oppfører disse gassformige blandingene seg som ideelle gasser, siden trykk- og temperaturforholdene langt fra er etablert i den modellen.
Astrofysiske systemer som solen er langt fra ideelle, siden variasjoner i temperatur og trykk vises i lagene i stjernen og egenskapene til materie endres når den utvikler seg over tid.
Gassblandinger bestemmes eksperimentelt med forskjellige innretninger, for eksempel Orsat-analysatoren. For eksosgasser er det spesielle bærbare analysatorer som fungerer med infrarøde sensorer.
Det er også enheter som oppdager gasslekkasjer eller er designet for å oppdage visse gasser spesielt, hovedsakelig brukt i industrielle prosesser.
Figur 2. Gammeldags gassanalysator for å påvise utslipp av kjøretøy, spesielt utslipp av karbonmonoksid og hydrokarbon. Kilde: Wikimedia Commons.
Ideelle gasser og komponentvolum
Viktige sammenhenger mellom variablene i blandingen kan avledes ved å bruke Amagats lov. Med utgangspunkt i den ideelle gasslikningen for tilstand:
Deretter løses volumet av en komponent i av blandingen, som deretter kan skrives som følger:
Hvor n i representerer antall mol av tilstedeværende gass i blandingen, R er gasskonstanten, T m er temperaturen av blandingen, og P m trykket til blandingen . Antall føflekker ni er:
Mens for den komplette blandingen, gis n av:
Deler uttrykket for eller av sistnevnte:
Løsning for V i :
Og dermed:
Hvor x i kalles muldvarefraksjonen og er en dimensjonsløs mengde.
Molfraksjonen tilsvarer volumfraksjonen V i / V, og det kan vises at den også tilsvarer trykkfraksjonen P i / P.
For reelle gasser må en annen passende tilstandslikning brukes, eller kompressibilitetsfaktoren eller kompresjonsfaktoren Z må brukes. I dette tilfellet må tilstandens ligning for ideelle gasser multipliseres med denne faktoren:
Øvelser
Oppgave 1
Følgende gassblanding blir fremstilt for medisinsk anvendelse: 11 mol nitrogen, 8 mol oksygen og 1 mol karbondioksyd. Beregn delvolumene og deltrykket av hver gass som er tilstede i blandingen, hvis den må ha et trykk på 1 atmosfære på 10 liter.
1 atmosfære = 760 mm Hg.
Løsning
Blandingen anses å samsvare med den ideelle gassmodellen. Det totale antall føflekker er:
Molfraksjonen av hver gass er:
-Nitrogen: x nitrogen = 11/20
-Oksygen: x Oksygen = 8/20
-Karbonsyreanhydrid: x Kullsyreanhydrid = 1/20
Trykket og delvolumet av hver gass beregnes henholdsvis som følger:
-Nitrogen: P N . = 760 mm Hg (11/20) = 418 mm Hg; V N = 10 liter. (11/20) = 5,5 liter.
-Oxygen: P O = 760 mm Hg (8/20) = 304 mm Hg ;. V N = 10 liter. (8/20) = 4,0 liter.
-Karbonsyreanhydrid: PA -C = 760 mm Hg (1/20) = 38 mm Hg; V N = 10 liter. (1/20) = 0,5 liter.
Det kan faktisk sees at det som ble sagt i begynnelsen er sant: at volumet av blandingen er summen av delvolumene:
Oppgave 2
50 mol oksygen blandes med 190 mol nitrogen ved 25 ° C og en trykkatmosfære.
Bruk Amagats lov for å beregne det totale volumet av blandingen ved å bruke den ideelle gassligningen.
Løsning
Når vi vet at 25 ºC = 298,15 K, tilsvarer 1 trykkatmosfære 101325 Pa, og gasskonstanten i det internasjonale systemet er R = 8,314472 J / mol. K, delvolumene er:
Avslutningsvis er volumet av blandingen:
referanser
- Borgnakke. 2009. Fundamentals of Thermodynamics. 7. utgave. Wiley og sønner.
- Cengel, Y. 2012. Termodynamikk. 7. utgave. McGraw Hill.
- Kjemi LibreTexts. Amagats lov. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org.
- Engel, T. 2007. Introduksjon til fysisk kjemi: termodynamikk. Pearson.
- Pérez, S. Ekte gasser. Gjenopprettet fra: depa.fquim.unam.mx.