AMAGATIN LAKI: SELITYS, ESIMERKIT, HARJOITUKSET - KEMIA - 2026

Amagat laki todetaan, että kokonaistilavuus kaasuseos on yhtä suuri kuin summa osavolyymit kunkin kaasun, joka sisältää, jos yksin ja paine ja lämpötila seoksen.

Sitä kutsutaan myös osatilavuuksien tai lisäaineiden lakiksi, ja sen nimi johtuu ranskalaisesta fyysiköstä ja kemististä Emile Hilaire Amagatista (1841-1915), joka muotoili sen ensimmäisen kerran vuonna 1880. Se on määrältään analoginen osapaineiden lain kanssa. Daltonista.

Ilmakehän ja ilmapallojen ilmaa voidaan käsitellä ihanteellisena kaasuseoksena, johon Amagatin lakia voidaan soveltaa. Lähde: PxHere.

Molemmat lait pitävät paikkansa ihanteellisissa kaasuseoksissa, mutta ne ovat likimääräisiä, kun niitä sovelletaan todellisiin kaasuihin, joissa molekyylien välisillä voimilla on merkittävä rooli. Toisaalta, kun kyse on ihanteellisista kaasuista, molekyylin houkuttelevat voimat ovat vähäpätöiset.

Kaava

Matemaattisessa muodossa Amagatin laki on seuraava:

V _T = V ₁ + V ₂ + V ₃ +…. = ∑ V _i (T _m, P _m)

Kun V-kirjain edustaa tilavuutta, missä V _{T on} kokonaistilavuus. Summaussymboli toimii pienikokoisena merkintänä. T _m ja P _m ovat vastaavasti seoksen lämpötila ja paine.

Kunkin kaasun tilavuus on V _i, ja sitä kutsutaan komponentti tilavuudeksi. On tärkeää huomata, että nämä osatilavuudet ovat matemaattisia abstraktioita eivätkä vastaa todellista tilavuutta.

Itse asiassa, jos jäisimme vain yhden seoksessa olevista kaasuista astiaan, se laajentuisi heti kokonaistilavuuden varaamiseksi. Amagatin laki on kuitenkin erittäin hyödyllinen, koska se helpottaa joitain laskelmia kaasuseoksissa antaen hyviä tuloksia etenkin korkeissa paineissa.

esimerkit

Kaasuseoksia on luonteeltaan runsaasti. Aluksi elävät olennot hengittävät typen, hapen ja muiden kaasujen seosta pienemmässä suhteessa, joten tämä on erittäin mielenkiintoinen kaasuseos, jota voidaan luonnehtia.

Tässä on esimerkkejä kaasuseoksista:

-Maan ilmakehän ilma, jonka seosta voidaan mallintaa monin tavoin, joko ihanteellisena kaasuna tai yhtenä oikeiden kaasujen malleista.

-Polttoaineena olevat kaasumoottorit, mutta bensiinin käytön sijasta ne käyttävät luonnonkaasu-ilma-seosta.

-Hiilimonoksididioksidiseos, jonka bensiinimoottorit ajavat pakoputken läpi.

-Vety-metaani-yhdistelmä, joka on runsaasti kaasujätteellisissä planeetoissa.

Tähtienvälinen kaasu, seos, joka koostuu pääosin vedystä ja heliumista ja joka täyttää tähdet välisen tilan.

- Monipuoliset kaasuseokset teollisella tasolla.

Tietenkin, nämä kaasumaiset seokset eivät yleensä toimi ideaalisina kaasuina, koska paine- ja lämpötilaolosuhteet ovat kaukana kyseisessä mallissa vahvistetuista.

Astrofysikaaliset järjestelmät, kuten aurinko, eivät ole kaukana ihanteellisista, koska tähtikerroksissa esiintyy lämpötilan ja paineen vaihteluita ja aineen ominaisuudet muuttuvat ajan myötä kehittyessä.

Kaasuseokset määritetään kokeellisesti eri laitteilla, kuten Orsat-analysaattorilla. Pakokaasuille on erityisiä kannettavia analysaattoreita, jotka toimivat infrapuna-antureiden kanssa.

On myös laitteita, jotka havaitsevat kaasuvuodot tai on suunniteltu havaitsemaan erityisesti tiettyjä kaasuja, joita käytetään pääasiassa teollisissa prosesseissa.

Kuva 2. Vanhanaikainen kaasuanalysaattori ajoneuvojen päästöjen, erityisesti hiilimonoksidi- ja hiilivetypäästöjen, havaitsemiseksi. Lähde: Wikimedia Commons.

Ihanteelliset kaasut ja komponenttimäärät

Seoksen muuttujien väliset tärkeät suhteet voidaan johtaa käyttämällä Amagatin lakia. Alkaen ihanteellisesta kaasuyhtälöstä:

Seuraavaksi ratkaistaan ​​seoksen komponentin i tilavuus, joka voidaan sitten kirjoittaa seuraavasti:

Kun n _i edustaa seoksessa olevan kaasumoolien lukumäärää, R on kaasuvakio, T _m on seoksen lämpötila ja P _m seoksen paine. Moolien lukumäärä ni on:

Vaikka koko seokselle, n annetaan:

Jakamalla lauseke tai viimeisellä:

Ratkaisu V _i: lle:

Täten:

Missä x _{i: tä} kutsutaan moolijaeksi ja se on mitaton määrä.

Moolijae vastaa tilavuusosaa V _i / V, ja voidaan osoittaa, että se vastaa myös painejaosta P _i / P.

Oikeiden kaasujen tapauksessa on käytettävä toista sopivaa tilayhtälöä tai puristuskerrointa tai puristuskerrointa Z. Tässä tapauksessa ideaalikaasujen tilayhtälö kerrotaan tällä kertoimella:

Harjoitukset

Harjoitus 1

Seuraava kaasuseos valmistetaan lääketieteelliseen käyttöön: 11 moolia typpeä, 8 moolia happea ja 1 mooli hiilidioksidia. Laske kunkin seoksessa olevan kaasun osatilavuudet ja osapaineet, jos sen paineen on oltava 1 ilmakehä 10 litrassa.

1 ilmakehä = 760 mm Hg.

Ratkaisu

Seoksen katsotaan olevan sopivan kaasumallin mukainen. Moolien kokonaismäärä on:

Kunkin kaasun moolifraktio on:

-Typpi: x _typpi = 11/20

-Happi: x _happi = 8/20

-Hiilihappoanhydridi: x _{hiilihappoanhydridi} = 1/20

Kunkin kaasun paine ja osatilavuus lasketaan vastaavasti seuraavasti:

-Typpi: P _N = 760 mm Hg. (11/20) = 418 mm Hg; V _N = 10 litraa. (11/20) = 5,5 litraa.

-Oxygen: P _O = 760 mm Hg (8/20) = 304 mm Hg;. V _N = 10 litraa. (8/20) = 4,0 litraa.

-Hiilivetyanhydridi: PA _-C = 760 mm Hg (1/20) = 38 mm Hg; V _N = 10 litraa. (1/20) = 0,5 litraa.

Todellakin voidaan nähdä, että alussa sanotut ovat totta: seoksen tilavuus on osatilavuuksien summa:

Harjoitus 2

50 moolia happea sekoitetaan 190 moolin kanssa typpeä 25 ° C: ssa ja yhdessä paineilmakehässä.

Laske seoksen kokonaistilavuus käyttämällä Amagatin lakia hyödyntäen ihanteellista kaasuyhtälöä.

Ratkaisu

Tietäen, että 25 ° C = 298,15 K, 1 paineilmapiiri vastaa 101325 Pa ja kaasuvakio kansainvälisessä järjestelmässä on R = 8,314472 J / mol. K, osatilavuudet ovat:

Yhteenvetona voidaan todeta, että seoksen tilavuus on:

Viitteet

1. Borgnakke. 2009. Termodynamiikan perusteet. 7. painos. Wiley ja pojat.
2. Cengel, Y. 2012. Termodynamiikka. 7. painos. McGraw Hill.
3. Kemia LibreTexts. Amagatin laki. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org.
4. Engel, T. 2007. Johdanto fysikaalisessa kemiassa: Termodynamiikka. Pearson.
5. Pérez, S. Oikeat kaasut. Palautettu: depa.fquim.unam.mx.