و القانون Amagat و تنص على أن الحجم الكلي من خليط من الغازات يساوي مجموع كميات جزئية لكل غاز من شأنها أن تشمل، إذا وحده، والضغط ودرجة حرارة الخليط.
يُعرف أيضًا باسم قانون الأحجام الجزئية أو المضافة ويعود اسمه إلى الفيزيائي والكيميائي الفرنسي إميل هيلير أماغات (1841-1915) ، الذي صاغه لأول مرة في عام 1880. وهو مماثل في الحجم لقانون الضغوط الجزئية دالتون.
يمكن التعامل مع الهواء الموجود في الغلاف الجوي وفي البالونات على أنه خليط غازي مثالي ، والذي يمكن تطبيق قانون Amagat عليه. المصدر: PxHere.
يحتفظ كلا القانونين بخلائط الغاز المثالية تمامًا ، لكنهما تقريبيان عند تطبيقهما على الغازات الحقيقية ، حيث تلعب القوى بين الجزيئات دورًا بارزًا. من ناحية أخرى ، عندما يتعلق الأمر بالغازات المثالية ، فإن قوى الجذب الجزيئي لا تذكر.
معادلة
في الشكل الرياضي ، يأخذ قانون Amagat الشكل:
V T = V 1 + V 2 + V 3 +…. = ∑ V i (T م ، ف م)
حيث يمثل الحرف V الحجم ، حيث يمثل V T الحجم الإجمالي. يعمل رمز الجمع كتدوين مضغوط. T m و P m هما درجة حرارة وضغط الخليط ، على التوالي.
حجم كل غاز هو V i ويسمى حجم المكون. من المهم ملاحظة أن هذه الأحجام الجزئية هي تجريدات رياضية ولا تتوافق مع الحجم الحقيقي.
في الواقع ، إذا تركنا غازًا واحدًا فقط في الخليط في الحاوية ، فسوف يتمدد على الفور ليحتل الحجم الإجمالي. ومع ذلك ، فإن قانون Amagat مفيد للغاية ، لأنه يسهل بعض الحسابات في مخاليط الغاز ، مما يعطي نتائج جيدة خاصة عند الضغط العالي.
أمثلة
تكثر مخاليط الغازات في الطبيعة ، فالبداية تتنفس الكائنات الحية مزيجًا من النيتروجين والأكسجين والغازات الأخرى بنسب أقل ، لذلك يعتبر هذا مزيجًا غازيًا مثيرًا للاهتمام.
فيما يلي بعض الأمثلة على مخاليط الغاز:
- الهواء الموجود في الغلاف الجوي للأرض ، والذي يمكن تشكيل خليطه بطرق مختلفة ، إما كغاز مثالي أو بأحد نماذج الغازات الحقيقية.
- محركات الغاز ، وهي عبارة عن احتراق داخلي ، ولكن بدلاً من استخدام البنزين يتم استخدام خليط الغاز الطبيعي والهواء.
- خليط أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون الذي تطرده محركات البنزين عبر أنبوب العادم.
- مزيج الهيدروجين والميثان السائد في الكواكب الغازية العملاقة.
الغاز بين النجوم ، خليط يتكون في الغالب من الهيدروجين والهيليوم الذي يملأ الفراغ بين النجوم.
- مخاليط متنوعة من الغازات على المستوى الصناعي.
بالطبع ، لا تعمل هذه المخاليط الغازية عمومًا كغازات مثالية ، لأن ظروف الضغط ودرجة الحرارة بعيدة كل البعد عن تلك المحددة في هذا النموذج.
الأنظمة الفيزيائية الفلكية مثل الشمس بعيدة كل البعد عن المثالية ، حيث تظهر التغيرات في درجة الحرارة والضغط في طبقات النجم وتتغير خصائص المادة مع تطورها بمرور الوقت.
يتم تحديد مخاليط الغاز تجريبياً باستخدام أجهزة مختلفة ، مثل محلل Orsat. بالنسبة لغازات العادم ، توجد أجهزة تحليل محمولة خاصة تعمل مع مستشعرات الأشعة تحت الحمراء.
هناك أيضًا أجهزة تكتشف تسرب الغاز أو مصممة لاكتشاف غازات معينة على وجه الخصوص ، وتستخدم بشكل أساسي في العمليات الصناعية.
الشكل 2. محلل الغازات من الطراز القديم للكشف عن انبعاثات المركبات ، وخاصة أول أكسيد الكربون وانبعاثات الهيدروكربون. المصدر: ويكيميديا كومنز.
الغازات المثالية وأحجام المكونات
يمكن اشتقاق العلاقات المهمة بين المتغيرات في الخليط باستخدام قانون Amagat. بدءًا من معادلة الغاز المثالية للحالة:
بعد ذلك ، يتم حل حجم المكون الأول من الخليط ، والذي يمكن كتابته بعد ذلك على النحو التالي:
حيث يمثل n i عدد مولات الغاز الموجودة في الخليط ، R هو ثابت الغاز ، T m هو درجة حرارة الخليط و P m هو ضغط الخليط. عدد مولات ني هو:
بينما بالنسبة للمزيج الكامل ، يتم إعطاء n بواسطة:
قسمة التعبير على الأخير ولا به:
حل V i:
هكذا:
حيث x i تسمى الكسر الجزيئي وهي كمية بلا أبعاد.
الكسر الجزيئي مكافئ لكسر الحجم V i / V ويمكن إثبات أنه مكافئ أيضًا لكسر الضغط P i / P.
بالنسبة للغازات الحقيقية ، يجب استخدام معادلة أخرى مناسبة للحالة أو استخدام عامل الانضغاط أو عامل الضغط Z. في هذه الحالة ، يجب ضرب معادلة الحالة للغازات المثالية بهذا العامل:
تمارين
التمرين 1
تم تحضير خليط الغازات التالي للاستخدام الطبي: 11 مولًا من النيتروجين ، و 8 مولات من الأكسجين ، ومول واحد من ثاني أكسيد الكربون. احسب الأحجام الجزئية والضغوط الجزئية لكل غاز موجود في الخليط ، إذا كان يجب أن يكون له ضغط 1 جو في 10 لترات.
1 جو = 760 ملم زئبق.
المحلول
يعتبر الخليط متوافقًا مع نموذج الغاز المثالي. العدد الإجمالي للشامات هو:
الكسر الجزيئي لكل غاز هو:
-نيتروجين: x نيتروجين = 11/20
-الأكسجين: x الأكسجين = 8/20
- أنهيدريد الكربون: x أنهيدريد الكربون = 1/20
يتم حساب الضغط والحجم الجزئي لكل غاز على التوالي على النحو التالي:
-نيتروجين: P N = 760 مم زئبق. (11/20) = 418 مم زئبق ؛ V N = 10 لترات. (11/20) = 5.5 لتر.
-الأكسجين: P O = 760 مم زئبق (8/20) = 304 مم زئبق ؛. V N = 10 لترات. (8/20) = 4.0 لتر.
- أنهيدريد الكربون: P A-C = 760 مم زئبق. (1/20) = 38 مم زئبق ؛ V N = 10 لترات. (1/20) = 0.5 لتر.
وبالفعل يمكن ملاحظة أن ما قيل في البداية صحيح: أن حجم الخليط هو مجموع الأحجام الجزئية:
تمرين 2
يتم خلط 50 مول من الأكسجين مع 190 مول من النيتروجين عند 25 درجة مئوية وجو واحد من الضغط.
طبق قانون Amagat لحساب الحجم الكلي للخليط باستخدام معادلة الغاز المثالية.
المحلول
مع العلم أن 25 C = 298.15 K ، فإن ضغط جوي واحد يعادل 101325 Pa وثابت الغاز في النظام الدولي هو R = 8.314472 J / mol. ك ، المجلدات الجزئية هي:
في الختام ، حجم الخليط هو:
المراجع
- بورغناك. 2009. أساسيات الديناميكا الحرارية. الإصدار السابع. وايلي وأولاده.
- Cengel، Y.2012. الديناميكا الحرارية. الإصدار السابع. ماكجرو هيل.
- الكيمياء LibreTexts. قانون Amagat. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org.
- إنجل ، ت. 2007. مقدمة في الكيمياء الفيزيائية: الديناميكا الحرارية. بيرسون.
- Pérez، S. Real gases. تم الاسترجاع من: depa.fquim.unam.mx.