该阿马加定律指出气体的混合物的总体积等于局部体积的每一种气体,其中将包括,如果单独和混合物的压力和温度的总和。
它也被称为分体积或累加体积定律,其名称是由法国物理学家和化学家埃米尔·希勒尔·阿马加特(1841-1915)于1880年首次制定的。它的体积类似于分压定律。道尔顿
可以将大气和气球中的空气视为理想的气体混合物,可以应用阿马加特定律。资料来源:摄影。
两种定律都精确地存在于理想的气体混合物中,但是当应用于真实气体时,它们是近似的,其中分子之间的力起着重要的作用。另一方面,当涉及理想气体时,分子吸引力可忽略不计。
式
在数学形式中,阿马加特定律采用以下形式:
V T = V 1 + V 2 + V 3 +…。= ∑ V i(T m,P m)
其中字母V代表体积,其中V T是总体积。求和符号用作紧凑符号。T m和P m分别是混合物的温度和压力。
每种气体的体积为V i,称为组分体积。重要的是要注意,这些部分体积是数学上的抽象,并不对应于实际体积。
实际上,如果我们仅将一种气体留在容器中的混合物中,它将立即膨胀以占据总体积。但是,阿马加特定律非常有用,因为它有助于气体混合物中的某些计算,尤其在高压下也能提供良好的结果。
例子
首先,自然界中存在大量混合气体,生物以较低比例呼吸氮气,氧气和其他气体的混合物,因此,这是一种非常有趣的混合气体。
以下是一些混合气体的示例:
-地球大气中的空气可以多种方式建模,既可以作为理想气体,也可以采用真实气体的一种模型。
-燃气发动机,是内燃的,但不是使用汽油,而是使用天然气-空气混合物。
-汽油发动机通过排气管排出的一氧化碳-二氧化碳混合物。
-在巨大的气体行星中存在大量的氢-甲烷组合。
星际气体,一种主要由氢和氦组成的混合物,填充恒星之间的空间。
-在工业水平上混合使用多种气体。
当然,这些气体混合物通常不能作为理想气体,因为压力和温度条件与该模型中建立的条件相差甚远。
像太阳这样的天体物理系统远非理想,因为温度和压力的变化会出现在恒星的各层中,并且随着时间的推移,物质的性质也会发生变化。
使用其他设备(例如Orsat分析仪)通过实验确定混合气体。对于废气,有特殊的便携式分析仪可与红外传感器配合使用。
还存在主要用于工业过程中的检测气体泄漏或专门用于检测某些气体的设备。
图2.老式气体分析仪,用于检测车辆排放,特别是一氧化碳和碳氢化合物排放。资料来源:维基共享资源。
理想气体和组分体积
混合物中变量之间的重要关系可以通过使用阿马加特定律得出。从理想的气体状态方程开始:
接下来,解决混合物中第i组分的体积,然后可以将其写为:
其中n i代表混合物中存在的气体的摩尔数,R是气体常数,T m是混合物的温度,P m是混合物的压力。ni的摩尔数是:
对于完全混合,n由下式给出:
将表达式除以或除以后者:
解决V i:
从而:
其中x i被称为摩尔分数,是无量纲的量。
摩尔分数等于体积分数V i / V,并且可以证明它也等于压力分数P i /P。
对于真实气体,必须使用另一个合适的状态方程,或者必须使用可压缩系数或压缩系数Z,在这种情况下,理想气体的状态方程必须乘以以下系数:
练习题
练习1
准备以下医疗用气体混合物:11摩尔的氮气,8摩尔的氧气和1摩尔的二氧化碳。如果混合物中必须有1个大气压的压力(10升),请计算混合物中存在的每种气体的分体积和分压。
1个大气压= 760毫米汞柱。
解
该混合物被认为符合理想气体模型。总摩尔数为:
每种气体的摩尔分数为:
- 氮 x 氮 = 11/20
-氧气:x 氧气 = 8/20
-碳酸酐:x 碳酸酐 = 1/20
每种气体的压力和部分体积分别计算如下:
-氮:P Ñ。= 760mmHg的(11/20)=418毫米汞柱; V N = 10升。(11/20)= 5.5升。
-氧:P ø = 760mmHg的(8/20)=304毫米汞柱;. V N = 10升。(8/20)= 4.0升。
-碳酸酐:PA -C = 760 mm Hg。(1/20)= 38 mm Hg;V N = 10升。(1/20)= 0.5升。
确实,可以看出开始时所说的是正确的:混合物的体积是部分体积的总和:
练习2
在25℃和一大气压下将50摩尔的氧气与190摩尔的氮气混合。
根据理想气体方程,应用阿马加特定律计算混合物的总体积。
解
已知25ºC= 298.15 K,1个大气压等于101325 Pa,国际体系中的气体常数为R = 8.314472 J / mol。K,部分体积为:
总之,混合物的体积为:
参考文献
- Borgnakke。2009。热力学基础。第7版。威利和儿子。
- Cengel,Y.,2012年。《热力学》。第7版。麦格劳·希尔。
- 化学LibreTexts。阿马加特定律。从以下地址恢复:chem.libretexts.org。
- Engel,T.,2007年。《物理化学导论:热力学》。皮尔森
- Pérez,S.真实气体。从以下位置恢复:depa.fquim.unam.mx。