Какво е съдържанието на закона на Далтон? Закон на Далтон за смес от газове: примери за решаване на задачи

Газовата смес е в състояние на равновесие, ако концентрациите на компонентите и нейните параметри на състоянието в целия обем имат еднакви стойности. В този случай температурата на всички газове, включени в сместа, е еднаква и равна на температурата на сместа Tсм.

В равновесно състояние молекулите на всеки газ са разпръснати равномерно в целия обем на сместа, т.е. те имат своя специфична концентрация и следователно собствено налягане Р аз, Па, който се нарича частично . Дефинира се по следния начин.

Парциалното налягане е равно на налягането на даден компонент, при условие че той сам заема целия обем, предназначен за сместа при температура на сместа T см .

Според закона на английския химик и физик Далтон, формулиран през 1801 г., налягането на смес от идеални газове p см равна на сумата от парциалните налягания на нейните компоненти p аз :

Където н– брой компоненти.

Изразът (2) също се нарича закон за парциалните налягания.

3.3. Намаленият обем на компонент на газова смес. Законът на Амаг

По дефиниция намаленият обем азкомпонент на газовата смес V аз, m3, е обемът, който този компонент може да заеме, при условие че неговото налягане и температура са равни на налягането и температурата на цялата газова смес.

Законът на френския физик Амаг, формулиран около 1870 г., гласи: сумата от намалените обеми на всички компоненти на сместа е равна на обема на сместаV см :

, m 3. (3)

3.4. Химичен състав на газовата смес

Химическият състав на газовата смес може да бъде уточнен три различниначини.

Да разгледаме газова смес, състояща се от n компонента. Сместа заема обем V cm, m 3, има маса М cm, kg, налягане Р cm, Pa и температура T cm, K. Също така, броят молове на сместа е нсм, мол. В същото време масата на един азти компонент м аз, kg и броя на моловете на този компонент ν аз, къртица.

Очевидно е, че:

, (4)

. (5)

Използвайки закона на Далтон (2) и закона на Амаг (3) за разглежданата смес, можем да запишем:

, (6)

, (7)

Където Р аз– парциално налягане азти компонент, Pa; V аз– намален обем азти компонент, m3.

Недвусмислено химичният състав на газовата смес може да бъде определен или чрез маса, или мол, или обемни фракции на нейните компоненти:

, (8)

, (9)

, (10)

Където ж аз , к аз И r аз– масови, молни и обемни фракции азтия компонент на сместа, съответно (безразмерни стойности).

Очевидно е, че:

,
,
. (11)

Често в практиката химичният състав на дадена смес не се посочва във фракции азти компонент и неговия процент.

Например, в топлотехниката е приблизително прието, че сухият въздух се състои от 79 обемни процента азот и 21 обемни процента кислород.

Процент аз Компонентът в сместа се изчислява, като делът му се умножи по 100.

Например със сух въздух ще имаме:

,
. (12)

Където
И
– обемни фракции на азот и кислород в сух въздух; N 2 и O 2 – означение на обемния процент съответно на азот и кислород, % (об.).

Забележка:

1)Молните фракции на идеална смес са числено равни на обемните фракции:к аз = r аз . Нека го докажем.

Използване на определението за обемна фракция(10)и закона на Амаг (3) можем да запишем:

, (13)

КъдетоV аз – намален обемазти компонент, m 3 ; ν аз – брой бенкиазth компонент, mol; – обем на един молазth компонент при налягане на сместа pсм и температура на сместа Tсм , м 3 /мол.

От закона на Авогадро (вижте параграф 2.3 от това приложение) следва, че при една и съща температура и налягане един мол от всеки газ (компонент на сместа) заема същия обем. По-специално, при Тсм и стрсм ще бъде някакъв обемV 1 , м 3 .

Това ни позволява да запишем равенството:

. (14)

Заместване(14)V(13)получаваме каквото ни трябва:

. (15)

2)Обемните фракции на компонентите на газовата смес могат да бъдат изчислени, като се знаят техните парциални налягания. Нека го покажем.

Нека помислимаз-ти компонент на идеална газова смес в две различни състояния: когато е при своето парциално налягане p аз ; когато заема намаления си обемV аз .

Уравнението на състоянието на идеален газ е валидно за всяко от неговите състояния, по-специално за двете споменати по-горе.

В съответствие с това и като вземем предвид определението за специфичен обем, можем да напишем:

, (16)

, (17)

КъдетоР аз – газова константаазти компонент на сместа, J/(kg K).

След разделяне на двете части(16)И(17)един на друг получаваме необходимите:

. (18)

от(18)може да се види, че парциалните налягания на компонентите на сместа могат да бъдат изчислени от нейния химичен състав, с известно общо налягане на сместа pсм :

. (19)

Формулиране на закони

Закон за общото налягане на смес от газове

Закон за разтворимостта на компонентите на газовата смес

При постоянна температура разтворимостта в дадена течност на всеки от компонентите на газовата смес, разположена над течността, е пропорционална на тяхното парциално налягане.

Граници на приложимост

И двата закона на Далтон са стриктно изпълнени за идеални газове. За реалните газове тези закони са приложими при условие, че тяхната разтворимост е ниска и поведението им е близко до това на идеален газ.

История на откритието

Законът за добавяне на частични налягания е формулиран през 1801 г. В същото време правилната теоретична обосновка, основана на молекулярно-кинетичната теория, е направена много по-късно.

Бележки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какви са "законите на Далтън" в други речници:

ЗАКОНИТЕ НА ДАЛТЪН- (Dalton Dalton): първият закон, общото налягане на смес от идеални газове, които не взаимодействат химически един с друг, е равно на сумата от частичните (вижте) отделни газове, които съставляват сместа, т.е. наляганията който всеки газ ще произведе в ... ... Голяма политехническа енциклопедия

Законите на Далтон- открит от английския физик и химик Дж. Далтън (1766 1844) през 1801 и 1803 г. 1) налягането на смес от химически невзаимодействащи идеални газове е равно на сумата от парциалните налягания. Нека приложим към реални газове при температури и налягания... ... Концепции на съвременното естествознание. Речник на основните термини

Основните закони на химията могат да бъдат разделени на качествени и количествени. Съдържание 1 Качествени закони 1.1 I. Фазовият закон на Гибс ... Wikipedia

ЗАКОНИТЕ НА ДАЛТЪН- (по-правилно Dalton, Dalton). 1. Законът за множествените съотношения, открит от Д., е, че елементите са включени в химикала. връзки в съотношения, които винаги са кратни на определени прости числа. Така че, ако имат вода, тогава за една тегловна част водород... ... Голяма медицинска енциклопедия

ЗАКОНИТЕ НА ДАЛТОН: 1) налягането на смес от газове, които не взаимодействат химически помежду си, е равно на сумата от парциалните им налягания; 2) разтворимостта на компонент на газова смес в дадена течност при постоянна температура е пропорционално на частичното... ... Голям енциклопедичен речник

1) налягането на смес от химически невзаимодействащи идеални газове е равно на сумата от парциалните налягания. Приблизително приложимо за реални газове при температури p и налягания, далеч от критичните. 2) При постоянна степен на разтворимост в дадена течност... ... Физическа енциклопедия

1) налягането на смес от химически невзаимодействащи идеални газове е равно на сумата от парциалните налягания. Приблизително приложимо за реални газове при температури и налягания, далеч от критичните. 2) При постоянна температурна разтворимост в даден ... Физическа енциклопедия

ЗАКОНИТЕ НА ДАЛТОН: 1) налягането на смес от газове, които не взаимодействат химически помежду си, е равно на сумата от парциалните им налягания; 2) разтворимостта на компонент на газова смес в дадена течност при постоянна температура е пропорционална на частичното... ... енциклопедичен речник

Опишете процесите, протичащи в равновесни системи "течен разтвор-пара" под въздействието на температура или налягане. Съдържание 1 Първият закон на Коновалов 2 Вторият закон на Коновалов ... Wikipedia

Тази статия или раздел се нуждае от преразглеждане. Моля, подобрете статията в съответствие с правилата за писане на статии. Цялата ... Уикипедия

В края на 18-ти и през първата половина на 19-ти век учени от различни страни активно изучават поведението на газообразна, течна и твърда материя при различни външни условия, основавайки своите изследвания на идеи за атомната и молекулярната структура на материята. Един от тези учени беше британският закон за смес от газове, който в момента носи неговото име, се обсъжда в тази статия.

Специални условия

Преди да формулирате закона на Далтон за смес от газове, трябва да разберете една от концепциите. Това е много важно, тъй като този закон е валиден само за такова вещество. Говорим за идеален газ. Какво е?

Идеален газ е този, за който се прилагат следните изисквания:

• размерите на молекулите и атомите в него са толкова малки, че могат да се считат за материални точки с нулев обем;
• молекулите и атомите не взаимодействат помежду си.

По този начин идеалният газ е колекция от материални точки, движещи се на случаен принцип. Скоростта на тяхното движение и масата еднозначно определят температурата на цялата смес. Налягането, което изпитваното вещество упражнява върху стените на съда, зависи от такива макроскопични параметри като температура, обем на съда и брой молекули.

За такъв газов модел е валидно равенството:

Нарича се и обединява налягане (P), температура (T), обем (V) и количеството вещество в молове (n). Стойността на R е коефициентът на пропорционалност, който е равен на 8,314 J/(K*mol).

Изненадващото в тази формула е, че тя не включва нито един параметър, който да зависи от химическата природа на молекулите и атомите.

Парциално налягане

Законът на Далтон за смес от идеални газове предполага познаване на още един макроскопичен параметър - парциалното налягане.

Да приемем, че има някаква смес, състояща се от 2 компонента, например H 2 и He. Тази смес се намира в съд с определен обем и създава определено налягане върху стените му. Тъй като водородните молекули и хелиевите атоми не взаимодействат помежду си, тогава за всякакви изчисления на макроскопични характеристики и двата компонента могат да се разглеждат независимо един от друг.

Парциалното налягане на даден компонент е налягането, което той създава независимо от другите компоненти на сместа, заемайки предоставения му обем. В разглеждания пример можем да говорим за парциалното налягане на H 2 и същите характеристики за He. Тази стойност се изразява в паскали и се обозначава за i-тия компонент като Pi.

Газови смеси и закон на Далтон

Джон Далтън, изучавайки различни летливи вещества, включително водна пара, при различни температури и налягания, стигна до следното заключение: налягането на смес от абсолютно всякакви подобни вещества във всякакви пропорции е равно на сумата от парциалните налягания на всичките му компоненти. Тази формулировка се нарича закон на Далтон за налягането на смес от газове и се записва, както следва:

Тук P tot е общото налягане на сместа.

Този доста прост закон е верен само за идеални газови смеси, чиито компоненти не реагират химически един с друг.

Друга формулировка на закона на Далтон

Законът на Далтон за смес от газове може да се изрази не само чрез парциални налягания, но и чрез моларни фракции на всеки компонент. Получаваме съответната формула.

Тъй като всеки компонент се държи независимо от другите в газовата смес, тогава уравнението на състоянието може да бъде написано за него:

Това уравнение е валидно за всеки i-ти компонент, тъй като за всички тях температурата T и обемът V са еднакви. Стойността n i е броят молове на компонент i в сместа.

Нека сега изразим парциалното налягане и го разделим на общото налягане на цялата смес, тогава получаваме:

P i /P tot = n i *R*T / V / (n *R*T/V) = n i /n

Тук n е общото количество вещество в цялата смес. Може да се получи чрез сумиране на всички n i . Съотношението n i /n се нарича моларна фракция на компонент i в сместа. Обикновено се обозначава със символа x i. От гледна точка на молните фракции, законът на Далтон е написан, както следва:

Често се представя като атомни проценти на компонентите в смес. Например, 21% O 2 във въздуха означава, че неговата молна фракция е 0,21, тоест всяка пета молекула въздух е кислород.

Приложение на разглеждания закон за решаване на проблема

Известно е, че газова смес от кислород и азот е под налягане от 5 атмосфери в цилиндър. Знаейки, че съдържа 10 мола азот и 3 мола кислород, е необходимо да се определи парциалното налягане на всяко вещество.

За да отговорим на въпроса на проблема, нека първо намерим общото количество вещество:

n = n N2 + n O2 = 10 + 3 = 13 mol

x N2 = n N2 /n = 10/13 = 0,7692

x O2 = n O2 /n = 3/13 = 0,2308

Използвайки формулата на закона на Далтон чрез молната част на компонент, изчисляваме парциалното налягане на всеки газ в цилиндъра:

P N2 = 5*0,7692 = 3,846 атм.

P O2 = 5*0,2308 = 1,154 атм.

Както се вижда от получените цифри, сумата от тези налягания ще даде 5 атмосфери. Парциалното налягане на всеки газ е право пропорционално на неговата молна фракция в сместа.