- Công thức
- Ví dụ
- Khí lý tưởng và thể tích thành phần
- Bài tập
- Bài tập 1
- Giải pháp
- Bài tập 2
- Giải pháp
- Người giới thiệu
Định luật Amagat phát biểu rằng tổng thể tích của một hỗn hợp khí bằng tổng thể tích từng phần mà mỗi khí sẽ bao gồm, nếu một mình và áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp.
Nó còn được gọi là định luật về thể tích một phần hoặc thể tích cộng thêm và tên của nó là do nhà vật lý và hóa học người Pháp Emile Hilaire Amagat (1841-1915), người đã xây dựng nó lần đầu tiên vào năm 1880. Nó tương tự về thể tích với định luật áp suất riêng phần. của Dalton.
Không khí trong khí quyển và trong bóng bay có thể được coi là một hỗn hợp khí lý tưởng, có thể áp dụng định luật Amagat. Nguồn: px.
Cả hai định luật đều đúng trong hỗn hợp khí lý tưởng, nhưng chúng gần đúng khi áp dụng cho khí thực, trong đó lực giữa các phân tử đóng một vai trò quan trọng. Mặt khác, khi đối với khí lý tưởng, lực hút phân tử không đáng kể.
Công thức
Ở dạng toán học, định luật Amagat có dạng:
V T = V 1 + V 2 + V 3 +…. = ∑ V i (T m , P m )
Trong đó chữ V thể hiện khối lượng, trong đó V T là tổng khối lượng. Ký hiệu tổng kết đóng vai trò như một ký hiệu nhỏ gọn. T m và P m lần lượt là nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp.
Thể tích của mỗi khí là V i và được gọi là thể tích thành phần. Điều quan trọng cần lưu ý là các khối lượng từng phần này là những trừu tượng toán học và không tương ứng với khối lượng thực.
Trong thực tế, nếu chúng ta chỉ để một trong số các khí trong hỗn hợp vào bình chứa, nó sẽ ngay lập tức nở ra để chiếm toàn bộ thể tích. Tuy nhiên, định luật Amagat rất hữu ích, vì nó tạo điều kiện thuận lợi cho một số tính toán trong hỗn hợp khí, cho kết quả tốt, đặc biệt ở áp suất cao.
Ví dụ
Hỗn hợp khí có rất nhiều trong tự nhiên. Đầu tiên, chúng sinh hít thở hỗn hợp nitơ, oxy và các khí khác với tỷ lệ thấp hơn, vì vậy đây là một hỗn hợp khí rất thú vị để mô tả đặc điểm.
Dưới đây là một số ví dụ về hỗn hợp khí:
- Không khí trong bầu khí quyển của Trái đất, hỗn hợp của nó có thể được mô hình hóa theo nhiều cách khác nhau, có thể là khí lý tưởng hoặc với một trong các mô hình cho khí thực.
- Động cơ là loại động cơ đốt trong, nhưng thay vì sử dụng xăng, chúng sử dụng hỗn hợp khí tự nhiên.
- Hỗn hợp carbon monoxide-dioxide mà động cơ xăng thải ra ngoài qua ống xả.
-Sự kết hợp hydro-metan có rất nhiều trong các hành tinh khí khổng lồ.
Khí giữa các vì sao, một hỗn hợp bao gồm chủ yếu là hydro và heli, lấp đầy không gian giữa các ngôi sao.
- Hỗn hợp khí đa dạng ở cấp độ công nghiệp.
Tất nhiên, những hỗn hợp khí này nói chung không hoạt động như khí lý tưởng, vì điều kiện áp suất và nhiệt độ khác xa với điều kiện thiết lập trong mô hình đó.
Các hệ thống vật lý thiên văn như Mặt trời còn xa lý tưởng, vì các biến thể về nhiệt độ và áp suất xuất hiện trong các lớp của ngôi sao và các đặc tính của vật chất thay đổi khi nó phát triển theo thời gian.
Hỗn hợp khí được xác định bằng thực nghiệm với các thiết bị khác nhau, chẳng hạn như máy phân tích Orsat. Đối với khí thải có các thiết bị phân tích cầm tay đặc biệt hoạt động với cảm biến hồng ngoại.
Ngoài ra còn có các thiết bị phát hiện rò rỉ khí hoặc được thiết kế để phát hiện một số loại khí đặc biệt, được sử dụng chủ yếu trong các quy trình công nghiệp.
Hình 2. Máy phân tích khí kiểu cũ để phát hiện khí thải xe cộ, đặc biệt là khí thải carbon monoxide và hydrocarbon. Nguồn: Wikimedia Commons.
Khí lý tưởng và thể tích thành phần
Mối quan hệ quan trọng giữa các biến trong hỗn hợp có thể được suy ra bằng cách sử dụng định luật Amagat. Bắt đầu từ phương trình khí lý tưởng về trạng thái:
Tiếp theo, thể tích của một thành phần i của hỗn hợp được giải, sau đó có thể được viết như sau:
Trong đó n i là số mol khí có trong hỗn hợp, R là hằng số khí, T m là nhiệt độ của hỗn hợp và P m là áp suất của hỗn hợp . Số mol ni là:
Trong khi đối với hỗn hợp hoàn chỉnh, n được cho bởi:
Chia biểu thức cho cũng không cho sau:
Giải V i :
Như vậy:
Trong đó x i được gọi là phân số mol và là đại lượng không thứ nguyên.
Phần mol tương đương với phần thể tích V i / V và có thể chứng minh rằng nó cũng tương đương với phần áp suất P i / P.
Đối với khí thực, phải sử dụng phương trình trạng thái thích hợp khác hoặc phải sử dụng hệ số nén hoặc hệ số nén Z. Trong trường hợp này, phương trình trạng thái của khí lý tưởng phải nhân với hệ số này:
Bài tập
Bài tập 1
Hỗn hợp khí sau đây được điều chế cho một ứng dụng y tế: 11 mol nitơ, 8 mol oxi và 1 mol khí cacbonic. Tính thể tích riêng và áp suất riêng phần của mỗi khí có trong hỗn hợp, nếu khí đó phải có áp suất bằng 1 khí trong 10 lít.
1 bầu khí quyển = 760 mm Hg.
Giải pháp
Hỗn hợp được coi là phù hợp với mô hình khí lý tưởng. Tổng số mol là:
Phần trăm số mol của mỗi khí là:
-Nitrogen: x Nitrogen = 11/20
-Oxy: x Oxy = 8/20
- Anhydrit cacbonic : x Anhydrit cacbonic = 1/20
Áp suất và thể tích riêng của mỗi khí lần lượt được tính như sau:
-Nitrogen: P N = 760 mm Hg. (20/11) = 418 mm Hg; V N = 10 lít. (20/11) = 5,5 lít.
-Oxy: P O = 760 mm Hg (8/20) = 304 mm Hg ;. V N = 10 lít. (20/8) = 4,0 lít.
- Anhydrit cacbonic: P A-C = 760 mm Hg. (1/20) = 38 mm Hg; V N = 10 lít. (1/20) = 0,5 lít.
Thật vậy, có thể thấy rằng điều đã nói ở phần đầu là đúng: thể tích của hỗn hợp là tổng thể tích của từng phần:
Bài tập 2
50 mol oxy được trộn với 190 mol nitơ ở 25 ° C và một bầu không khí có áp suất.
Áp dụng định luật Amagat để tính tổng thể tích của hỗn hợp, sử dụng phương trình khí lý tưởng.
Giải pháp
Biết rằng 25 ºC = 298,15 K, áp suất 1 khí tương đương 101325 Pa và hằng số khí trong hệ Quốc tế là R = 8,314472 J / mol. K, khối lượng từng phần là:
Suy ra thể tích của hỗn hợp là:
Người giới thiệu
- Borgnakke. 2009. Cơ bản về Nhiệt động lực học. Phiên bản thứ 7. Wiley và các con trai.
- Cengel, Y. 2012. Nhiệt động lực học. Phiên bản thứ 7. Đồi McGraw.
- Hóa học LibreTexts. Định luật Amagat. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org.
- Engel, T. 2007. Nhập môn Hóa lý: Nhiệt động lực học. Lề.
- Pérez, S. Khí thực. Đã khôi phục từ: depa.fquim.unam.mx.