กฎของดาลตันมีเนื้อหาอะไรบ้าง? กฎของดาลตันสำหรับส่วนผสมของก๊าซ: ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ส่วนผสมของก๊าซจะอยู่ในสถานะสมดุลหากความเข้มข้นของส่วนประกอบและพารามิเตอร์สถานะตลอดทั้งปริมาตรมีค่าเท่ากัน ในกรณีนี้ อุณหภูมิของก๊าซทั้งหมดที่รวมอยู่ในส่วนผสมจะเท่ากันและเท่ากับอุณหภูมิของส่วนผสม ตซม.

ในสถานะสมดุล โมเลกุลของก๊าซแต่ละชนิดจะกระจัดกระจายเท่าๆ กันตลอดปริมาตรของส่วนผสมทั้งหมด นั่นคือ พวกมันมีความเข้มข้นเฉพาะของตัวเอง ดังนั้น ความดันของมันเอง ร ฉัน,ป่าซึ่งเรียกว่า บางส่วน - มันถูกกำหนดไว้ดังนี้

ความดันย่อยจะเท่ากับความดันของส่วนประกอบที่กำหนด โดยมีเงื่อนไขว่าความดันนั้นจะใช้ปริมาตรทั้งหมดที่กำหนดไว้สำหรับส่วนผสมที่อุณหภูมิส่วนผสม T เท่านั้น ซม .

ตามกฎหมายของนักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ดาลตัน ซึ่งกำหนดขึ้นในปี 1801 ความดันของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติ p ซม เท่ากับผลรวมของแรงกดดันบางส่วนของส่วนประกอบ p ฉัน :

ที่ไหน n– จำนวนส่วนประกอบ

นิพจน์ (2) เรียกอีกอย่างว่า กฎแห่งแรงกดดันบางส่วน

3.3. ปริมาตรที่ลดลงของส่วนประกอบของส่วนผสมของก๊าซ กฎของอามัก

ตามคำนิยามคือปริมาณที่ลดลง ฉันส่วนประกอบที่หนึ่งของส่วนผสมของก๊าซ วี ฉัน, m3 คือปริมาตรที่ส่วนประกอบนี้สามารถครอบครองได้ โดยมีเงื่อนไขว่าความดันและอุณหภูมิเท่ากับความดันและอุณหภูมิของส่วนผสมของก๊าซทั้งหมด

กฎของนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Amag ซึ่งกำหนดไว้ราวปี พ.ศ. 2413 ระบุว่าผลรวมของปริมาตรที่ลดลงของส่วนประกอบทั้งหมดของส่วนผสมจะเท่ากับปริมาตรของส่วนผสมวี ซม :

, ม.3. (3)

3.4. องค์ประกอบทางเคมีของส่วนผสมของก๊าซ

สามารถระบุองค์ประกอบทางเคมีของส่วนผสมของก๊าซได้ สามที่แตกต่างกันวิธี

พิจารณาส่วนผสมของก๊าซที่ประกอบด้วยองค์ประกอบ n รายการ ส่วนผสมมีปริมาตร วีซม. ม. 3 มีมวล มซม. กก. ความดัน รซม. Pa และอุณหภูมิ ต cm, K นอกจากนี้จำนวนโมลของส่วนผสมก็เท่ากับ เอ็นซม. ตุ่น ขณะเดียวกันก็มีมวลหนึ่ง ฉันองค์ประกอบที่ ม ฉัน, กิโลกรัม และจำนวนโมลของส่วนประกอบนี้ ν ฉัน, ตุ่น.

เห็นได้ชัดว่า:

, (4)

. (5)

การใช้กฎของดาลตัน (2) และกฎของอาแม็ก (3) สำหรับส่วนผสมที่พิจารณา เราสามารถเขียนได้:

, (6)

, (7)

ที่ไหน ร ฉัน– แรงกดดันบางส่วน ฉันองค์ประกอบที่ th, Pa; วี ฉัน– ปริมาณลดลง ฉันองค์ประกอบที่ 3, m3

องค์ประกอบทางเคมีของส่วนผสมก๊าซสามารถระบุได้อย่างชัดเจนว่าเป็นมวลหรือโมลหรือเศษส่วนปริมาตรของส่วนประกอบ:

, (8)

, (9)

, (10)

ที่ไหน ก ฉัน , เค ฉัน และ ร ฉัน– มวล โมล และเศษส่วนปริมาตร ฉันส่วนประกอบที่ 1 ของของผสม ตามลำดับ (ค่าไร้มิติ)

เห็นได้ชัดว่า:

,
,
. (11)

บ่อยครั้งในทางปฏิบัติ องค์ประกอบทางเคมีของส่วนผสมไม่ได้ระบุเป็นเศษส่วน ฉันองค์ประกอบที่ 1 และเปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างเช่น ในทางวิศวกรรมความร้อน ประมาณว่าอากาศแห้งประกอบด้วยไนโตรเจน 79 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร และออกซิเจน 21 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร

เปอร์เซ็นต์ ฉัน ส่วนประกอบที่ 1 ในส่วนผสมคำนวณโดยการคูณส่วนแบ่งด้วย 100

เช่น อากาศแห้ง เราจะได้:

,
. (12)

ที่ไหน
และ
– เศษส่วนปริมาตรของไนโตรเจนและออกซิเจนในอากาศแห้ง N 2 และ O 2 – การกำหนดเปอร์เซ็นต์ปริมาตรของไนโตรเจนและออกซิเจนตามลำดับ % (ปริมาตร)

บันทึก:

1)เศษส่วนโมลของส่วนผสมในอุดมคติจะมีค่าเท่ากับเศษส่วนปริมาตร:เค ฉัน = ร ฉัน - มาพิสูจน์กัน

การใช้คำจำกัดความของเศษส่วนปริมาตร(10)และกฎของอามาก (3) เราสามารถเขียนได้:

, (13)

ที่ไหนวี ฉัน – ปริมาณลดลงฉันองค์ประกอบที่, ม 3 ; ν ฉัน – จำนวนโมลฉันองค์ประกอบที่ th โมล; – ปริมาตรหนึ่งโมลฉันส่วนประกอบที่ความดันส่วนผสม pซม และอุณหภูมิส่วนผสม Tซม , ม 3 /โมล

จากกฎของอาโวกาโดร (ดูย่อหน้าที่ 2.3 ของภาคผนวกนี้) ที่อุณหภูมิและความดันเท่ากัน ก๊าซใดๆ (ส่วนประกอบของส่วนผสม) หนึ่งโมลจะมีปริมาตรเท่ากัน โดยเฉพาะที่ Tซม และพีซม มันจะมีปริมาตรอยู่บ้างวี 1 , ม 3 .

สิ่งนี้ทำให้เราสามารถเขียนความเท่าเทียมกันได้:

. (14)

การทดแทน(14)วี(13)เราได้รับสิ่งที่เราต้องการ:

. (15)

2)เศษส่วนปริมาตรของส่วนประกอบของส่วนผสมก๊าซสามารถคำนวณได้โดยการทราบแรงกดดันย่อยของส่วนประกอบเหล่านั้น มาแสดงกันเถอะ

ลองพิจารณาดูฉัน- ส่วนประกอบที่หนึ่งของส่วนผสมก๊าซในอุดมคติในสองสถานะที่แตกต่างกัน: เมื่ออยู่ที่ความดันย่อย p ฉัน - เมื่อครอบครองปริมาณที่ลดลงวี ฉัน .

สมการสถานะของก๊าซในอุดมคตินั้นใช้ได้กับทุกสถานะของมัน โดยเฉพาะสำหรับสองสถานะที่กล่าวมาข้างต้น

ตามนี้และเมื่อคำนึงถึงคำจำกัดความของปริมาณเฉพาะเราสามารถเขียนได้:

, (16)

, (17)

ที่ไหนร ฉัน – ค่าคงที่ของแก๊สฉันส่วนประกอบที่ 1 ของส่วนผสม J/(kg · K)

หลังจากแบ่งทั้งสองส่วนแล้ว(16)และ(17)เราได้รับสิ่งจำเป็นจากกันและกัน:

. (18)

จาก(18)จะเห็นได้ว่าความดันบางส่วนของส่วนประกอบของส่วนผสมสามารถคำนวณได้จากองค์ประกอบทางเคมี โดยทราบความดันรวมของส่วนผสม pซม :

. (19)

การกำหนดกฎหมาย

กฎเกี่ยวกับความดันรวมของส่วนผสมของก๊าซ

กฎหมายว่าด้วยความสามารถในการละลายของส่วนประกอบผสมก๊าซ

ที่อุณหภูมิคงที่ ความสามารถในการละลายในของเหลวที่กำหนดของส่วนประกอบแต่ละส่วนของส่วนผสมของก๊าซที่อยู่เหนือของเหลวจะเป็นสัดส่วนกับความดันย่อยของพวกมัน

ข้อจำกัดของการบังคับใช้

กฎของดาลตันทั้งสองข้อมีความพึงพอใจอย่างเคร่งครัดสำหรับก๊าซในอุดมคติ สำหรับก๊าซจริง กฎเหล่านี้มีผลบังคับใช้โดยมีเงื่อนไขว่าความสามารถในการละลายของพวกมันต่ำและพฤติกรรมของพวกมันใกล้เคียงกับของก๊าซในอุดมคติ

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

กฎการเพิ่มแรงกดดันบางส่วนถูกกำหนดขึ้นในปี ค.ศ. 1801 ในเวลาเดียวกัน การให้เหตุผลทางทฤษฎีที่ถูกต้องซึ่งอิงตามทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุลนั้นเกิดขึ้นในภายหลัง

หมายเหตุ

มูลนิธิวิกิมีเดีย

2010.

ดูว่า "กฎของดาลตัน" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร:กฎของดาลตัน - (ดาลตัน ดาลตัน): กฎข้อที่หนึ่ง ความดันรวมของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติที่ไม่มีปฏิกิริยาทางเคมีต่อกันจะเท่ากับผลรวมของก๊าซแต่ละส่วน (ดู) ที่ประกอบเป็นส่วนผสม กล่าวคือ ความดัน ที่ก๊าซแต่ละชนิดจะผลิตได้ใน ... ...

สารานุกรมโพลีเทคนิคขนาดใหญ่กฎของดาลตัน - ค้นพบโดยนักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอังกฤษ J. Dalton (1766 1844) ในปี 1801 และ 1803 1) ความดันของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติที่ไม่มีปฏิกิริยาเคมีจะเท่ากับผลรวมของความดันย่อย มาประยุกต์ใช้กับก๊าซจริงที่อุณหภูมิและความดันกันเถอะ... ...

แนวความคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ อภิธานคำศัพท์พื้นฐาน

กฎพื้นฐานของเคมีสามารถแบ่งออกเป็นเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ สารบัญ 1 กฎหมายเชิงคุณภาพ 1.1 I. กฎเฟสของกิ๊บส์ ... Wikipediaกฎของดาลตัน - (ถูกต้องมากขึ้นดาลตัน, ดาลตัน) 1. กฎของอัตราส่วนพหุคูณที่ค้นพบโดย D. คือว่าธาตุต่างๆ รวมอยู่ในสารเคมี การเชื่อมต่อในอัตราส่วนที่เป็นผลคูณของจำนวนเฉพาะบางตัวเสมอ ถ้ามีน้ำ ก็ให้ไฮโดรเจน 1 ส่วน... ...

สารานุกรมการแพทย์ที่ยิ่งใหญ่ กฎของดาลตัน: 1) ความดันของส่วนผสมของก๊าซที่ไม่มีปฏิกิริยาเคมีต่อกันจะเท่ากับผลรวมของความดันย่อย 2) ความสามารถในการละลายของส่วนประกอบของส่วนผสมของก๊าซในของเหลวที่กำหนดที่อุณหภูมิคงที่คือ สัดส่วนกับบางส่วน......

พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่ 1) ความดันของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติที่ไม่มีปฏิกิริยาเคมีจะเท่ากับผลรวมของความดันย่อย ใช้ได้กับก๊าซจริงโดยประมาณที่อุณหภูมิ p และความดันซึ่งอยู่ไกลจากจุดวิกฤต 2) คงที่ อัตราการละลายในของเหลวที่กำหนด......

สารานุกรมกายภาพ 1) ความดันของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติที่ไม่มีปฏิกิริยาเคมีจะเท่ากับผลรวมของความดันย่อย ใช้ได้กับก๊าซจริงโดยประมาณที่อุณหภูมิ p และความดันซึ่งอยู่ไกลจากจุดวิกฤต 2) คงที่ อัตราการละลายในของเหลวที่กำหนด......

1) ความดันของส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติที่ไม่มีปฏิกิริยาเคมีจะเท่ากับผลรวมของความดันย่อย ใช้ได้กับก๊าซจริงโดยประมาณที่อุณหภูมิและความดันซึ่งห่างไกลจากจุดวิกฤต 2) คงที่ ความสามารถในการละลายของอุณหภูมิในที่กำหนด ... กฎของดาลตัน: 1) ความดันของส่วนผสมของก๊าซที่ไม่มีปฏิกิริยาเคมีต่อกันจะเท่ากับผลรวมของความดันย่อยของก๊าซนั้น 2) ความสามารถในการละลายของส่วนประกอบของส่วนผสมก๊าซในของเหลวที่กำหนดที่อุณหภูมิคงที่นั้นเป็นสัดส่วนกับบางส่วน... ...

พจนานุกรมสารานุกรม

บทความหรือส่วนนี้จำเป็นต้องแก้ไข โปรดปรับปรุงบทความให้สอดคล้องกับหลักเกณฑ์การเขียนบทความ ทั้งหมด ... วิกิพีเดีย

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 และในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์จากประเทศต่างๆ ได้ศึกษาพฤติกรรมของสสารที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็งภายใต้สภาวะภายนอกต่างๆ อย่างกระตือรือร้น โดยอาศัยการวิจัยโดยใช้แนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมและโมเลกุลของสสาร นักวิทยาศาสตร์คนหนึ่งคือกฎหมายของอังกฤษสำหรับส่วนผสมของก๊าซซึ่งปัจจุบันมีชื่อของเขา ซึ่งถูกกล่าวถึงในบทความนี้

เงื่อนไขพิเศษ

ก่อนที่จะกำหนดกฎของดาลตันสำหรับส่วนผสมของก๊าซ คุณควรเข้าใจแนวคิดข้อใดข้อหนึ่งก่อน สิ่งนี้สำคัญมากเนื่องจากกฎหมายนี้ใช้ได้กับสารดังกล่าวเท่านั้น เรากำลังพูดถึงก๊าซในอุดมคติ นี่คืออะไร?

ก๊าซในอุดมคติคือก๊าซที่มีคุณสมบัติตามข้อกำหนดต่อไปนี้:

• ขนาดของโมเลกุลและอะตอมในนั้นมีขนาดเล็กมากจนถือได้ว่าเป็นจุดวัสดุที่มีปริมาตรเป็นศูนย์
• โมเลกุลและอะตอมไม่มีปฏิสัมพันธ์กัน

ดังนั้นก๊าซในอุดมคติคือการรวมตัวกันของจุดวัสดุที่เคลื่อนที่แบบสุ่ม ความเร็วของการเคลื่อนที่และมวลเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิของส่วนผสมทั้งหมดโดยไม่ซ้ำกัน ความดันที่สารทดสอบออกบนผนังของถังขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ระดับมหภาค เช่น อุณหภูมิ ปริมาตรของถัง และจำนวนโมเลกุล

สำหรับแบบจำลองก๊าซดังกล่าว ความเท่าเทียมกันนั้นถูกต้อง:

มันถูกเรียกและรวมความดัน (P) อุณหภูมิ (T) ปริมาตร (V) และปริมาณของสารในหน่วยโมล (n) ค่าของ R คือสัมประสิทธิ์สัดส่วน ซึ่งเท่ากับ 8.314 J/(K*mol)

สิ่งที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับสูตรนี้คือ ไม่มีพารามิเตอร์ตัวเดียวที่ขึ้นอยู่กับลักษณะทางเคมีของโมเลกุลและอะตอม

แรงกดดันบางส่วน

กฎของดาลตันสำหรับส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติถือว่าความรู้เกี่ยวกับพารามิเตอร์มหภาคอีกหนึ่งตัว - ความดันบางส่วน

สมมติว่ามีส่วนผสมบางอย่างที่ประกอบด้วย 2 องค์ประกอบ เช่น H 2 และ He ส่วนผสมนี้อยู่ในภาชนะที่มีปริมาตรเฉพาะและสร้างแรงกดดันบนผนัง เนื่องจากโมเลกุลไฮโดรเจนและอะตอมของฮีเลียมไม่มีปฏิกิริยาซึ่งกันและกัน ดังนั้นสำหรับการคำนวณลักษณะมหภาคจึงสามารถพิจารณาองค์ประกอบทั้งสองได้โดยแยกจากกัน

ความดันบางส่วนของส่วนประกอบคือความดันที่สร้างขึ้นโดยอิสระจากส่วนประกอบอื่นๆ ของส่วนผสม ซึ่งครอบครองปริมาตรที่ให้ไว้ ในตัวอย่างที่กำลังพิจารณา เราสามารถพูดถึงแรงกดดันย่อยของ H 2 และคุณลักษณะเดียวกันของ He ได้ ค่านี้แสดงเป็นปาสกาลและแสดงแทนองค์ประกอบ i-th เป็น Pi

ส่วนผสมของก๊าซและกฎของดาลตัน

John Dalton ศึกษาสารระเหยต่างๆ รวมถึงไอน้ำที่อุณหภูมิและความดันต่างๆ ได้ข้อสรุปดังนี้: ความดันของส่วนผสมของสารที่คล้ายกันในสัดส่วนใดๆ ก็ตาม จะเท่ากับผลรวมของความดันย่อยของส่วนประกอบทั้งหมด สูตรนี้เรียกว่ากฎของดาลตันสำหรับความดันของส่วนผสมของก๊าซและเขียนได้ดังนี้:

โดยที่ P tot คือความดันรวมของส่วนผสม

กฎที่ค่อนข้างง่ายนี้ใช้ได้กับส่วนผสมของก๊าซในอุดมคติเท่านั้น ซึ่งส่วนประกอบจะไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีต่อกัน

อีกรูปแบบหนึ่งของกฎของดาลตัน

กฎของดาลตันสำหรับส่วนผสมของก๊าซสามารถแสดงได้ไม่เพียงแต่ในแง่ของแรงกดดันบางส่วนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเศษส่วนโมลของแต่ละส่วนประกอบด้วย เราได้รับสูตรที่สอดคล้องกัน

เนื่องจากแต่ละส่วนประกอบมีพฤติกรรมเป็นอิสระจากส่วนประกอบอื่นๆ ในส่วนผสมของก๊าซ ดังนั้นจึงสามารถเขียนสมการสถานะได้:

สมการนี้ใช้ได้กับองค์ประกอบ i-th แต่ละองค์ประกอบ เนื่องจากอุณหภูมิ T และปริมาตร V เท่ากัน ค่า n i คือจำนวนโมลของส่วนประกอบ i ในส่วนผสม

ให้เราแสดงความดันบางส่วนแล้วหารด้วยความดันรวมของส่วนผสมทั้งหมด จากนั้นเราจะได้:

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

โดยที่ n คือปริมาณสารทั้งหมดในส่วนผสมทั้งหมด สามารถหาได้จากการรวมทั้งหมด n i อัตราส่วน n i /n เรียกว่าเศษส่วนโมลของส่วนประกอบ i ในส่วนผสม โดยปกติจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ x i ในแง่ของเศษส่วนโมล กฎของดาลตันเขียนได้ดังนี้:

มักแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์อะตอมมิกของส่วนประกอบในส่วนผสม ตัวอย่างเช่น 21% O 2 ในอากาศหมายความว่าเศษส่วนของโมลคือ 0.21 นั่นคือทุกๆ โมเลกุลอากาศที่ห้าคือออกซิเจน

การนำกฎหมายที่พิจารณามาใช้เพื่อแก้ไขปัญหา

เป็นที่ทราบกันว่าส่วนผสมของก๊าซออกซิเจนและไนโตรเจนอยู่ภายใต้ความกดดัน 5 บรรยากาศในกระบอกสูบ เมื่อรู้ว่าประกอบด้วยไนโตรเจน 10 โมลและออกซิเจน 3 โมล จึงจำเป็นต้องกำหนดความดันย่อยของสารแต่ละชนิด

เพื่อตอบคำถามของปัญหา ขั้นแรกให้หาจำนวนสารทั้งหมด:

n = n N2 + n O2 = 10 + 3 = 13 โมล

x N2 = n N2 /n = 10/13 = 0.7692

x O2 = n O2 /n = 3/13 = 0.2308

เมื่อใช้สูตรกฎของดาลตันผ่านเศษส่วนโมลของส่วนประกอบ เราจะคำนวณความดันย่อยของก๊าซแต่ละชนิดในกระบอกสูบ:

P N2 = 5*0.7692 = 3.846 เอทีเอ็ม

P O2 = 5*0.2308 = 1.154 เอทีเอ็ม

ดังที่เห็นได้จากตัวเลขที่ได้ ผลรวมของแรงกดดันเหล่านี้จะได้ 5 บรรยากาศ ความดันย่อยของก๊าซแต่ละชนิดจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับเศษส่วนโมลในส่วนผสม