У чому зміст закону дальтона. Закон Дальтона для суміші газів: приклади розв'язання задач

Газова суміш перебуває у стані рівноваги, якщо концентрації компонентів та її параметри стану у всьому обсязі мають однакові значення. При цьому температура всіх газів, що входять в суміш, однакова і дорівнює температурі суміші Тдив.

У рівноважному стані молекули кожного газу розсіяні рівномірно по всьому обсягу суміші, тобто мають певну концентрацію і, отже, свій тиск р i, Па, яке називається парціальним . Воно визначається в такий спосіб.

Парціальний тиск дорівнює тиску даного компонента за умови, що він займає весь об'єм, призначений для суміші при температурі суміші Т см .

За законом англійського хіміка та фізика Дальтона, сформульованому в 1801 році, тиск суміші ідеальних газів см дорівнює сумі парціальних тисків її компонентів р i :

де n- Число компонентів.

Вираз (2) також називається законом парціальних тисків.

3.3. Наведений об'єм компонента газової суміші. Закон Амага

За визначенням наведеним обсягом i-го компонента газової суміші V i, м 3 називається обсяг, який один цей компонент міг би займати за умови, що його тиск і температура дорівнюють тиску і температурі всієї газової суміші.

Закон французького фізика Амага, сформульований приблизно 1870 року, свідчить: сума наведених обсягів всіх компонентів суміші дорівнює обсягу сумішіV см :

м 3 . (3)

3.4. Хімічний склад газової суміші

Хімічний склад газової суміші може задаватися трьома різнимиметодами.

Розглянемо газову суміш, що складається із n компонентів. Суміш займає обсяг Vсм, м 3 має масу Мсм, кг, тиск рсм, Па та температуру Тсм, К. Також кількість молей суміші дорівнює Nсм, моль. При цьому маса одного i-го компонента m i, кг, а кількість молей цього компонента ν i, моль.

Очевидно, що:

, (4)

. (5)

Використовуючи для даної суміші закон Дальтона (2) і Амага (3) можна записати:

, (6)

, (7)

де р i- Парціальний тиск i-го компонента, Па; V i– наведений обсяг i-го компонента, м3.

Однозначно хімічний склад газової суміші може бути заданий масовими, або мольними, або об'ємними частками її компонентів:

, (8)

, (9)

, (10)

де g i , k i і r i– масова, мольна та об'ємна частки i-го компонента суміші відповідно (безрозмірні величини)

Очевидно, що:

,
,
. (11)

Часто практично хімічний склад суміші задається не частками i-го компонента, яке відсотками.

Наприклад, у теплотехніці наближено приймається, що сухе повітря складається з 79 об'ємних відсотків азоту та 21 об'ємного відсотка кисню.

Відсоток i -го компонента у суміші обчислюється шляхом множення його частки на 100

Для прикладу з сухим повітрям матимемо:

,
. (12)

де
і
– об'ємні частки азоту та кисню у сухому повітрі; N 2 та О 2 – позначення об'ємних відсотків азоту та кисню відповідно, % (про.).

Примітка:

1)Молильні частки ідеальної суміші чисельно дорівнюють об'ємним часткам:k i = r i . Доведемо це.

Використовуючи визначення об'ємної частки(10)і законом Амага (3) можемо записати:

, (13)

деV i – наведений обсягi-го компонента, м 3 ; ν i - Число молейi-го компонента, моль; - Обсяг одного моляi-го компонента при тиску суміші рсм та температурі суміші Тсм , м 3 /моль.

З закону Авогадро (див. п. 2.3 цього додатка) випливає, що при однакових температурі і тиску один моль будь-якого газу (компонента суміші) займає один і той же обсяг. Зокрема, при Тсм і рсм це буде деякий обсягV 1 , м 3 .

Сказане дозволяє записати рівність:

. (14)

Підставляючи(14)в(13)отримуємо необхідне:

. (15)

2)Об'ємні частки компонентів газової суміші можна розрахувати, знаючи їхній парціальний тиск. Покажемо це.

Розглянемоi-ий компонент ідеальної газової суміші у двох різних станах: коли він знаходиться при своєму парціальному тиску р i ; коли він займає свій наведений обсягV i .

Рівняння стану ідеального газу справедливе будь-яких його станів, зокрема, і двох, названих вище.

Відповідно, і враховуючи визначення питомого обсягу, можемо записати:

, (16)

, (17)

деR i - газова постійнаi-го компонента суміші, Дж/(кг К).

Після поділу обох частин(16)і(17)один на одного отримуємо необхідне:

. (18)

З(18)видно, що парціальний тиск компонентів суміші можна розрахувати за її хімічним складом, при відомому загальному тиску суміші рсм :

. (19)

Формулювання законів

Закон про сумарний тиск суміші газів

Закон про розчинність компонентів газової суміші

При постійній температурі розчинність у цій рідині кожного з компонентів газової суміші, що знаходиться над рідиною, пропорційна їхньому парціальному тиску.

Межі застосування

Обидва закони Дальтона суворо виконуються для ідеальних газів. Для реальних газів ці закони можна застосувати за умови, якщо їх розчинність невелика, а поведінка близька до поведінки ідеального газу.

Історія відкриття

Закон складання парціальних тисків було сформульовано 1801 року. При цьому правильне теоретичне обґрунтування, засноване на молекулярно-кінетичній теорії було зроблено значно пізніше.

Примітки

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Закони Дальтона" в інших словниках:

ЗАКОНИ ДАЛЬТОНА- (Dalton Дол тон): перший закон загальний тиск суміші ідеальних газів, що хімічно не взаємодіють один з одним, дорівнює сумі парціальних (див.) окремих газів, що складають суміш, тобто тих тисків, які виробляв би кожен газ в ... Велика політехнічна енциклопедія

Закони Дальтона- відкриті англійським фізиком та хіміком Дж. Дальтоном (1766 1844) у 1801 та 1803 рр. 1) тиск суміші хімічно невзаємодіючих ідеальних газів дорівнює сумі парціальних тисків. Застосуємо до реальних газів при значеннях температур і тисків, … Концепція сучасного природознавства. Словник основних термінів

Основні закони хімії можуть бути поділені на якісні та кількісні. 1 Якісні закони 1.1 I. Закон фаз Гіббса ... Вікіпедія

ДАЛЬТОНА ЗАКОНИ- (Правильніше Дол тону, Dalton). 1. Закон кратних відносин, відкритий Д., у тому, що елементи входять у хім. з'єднання у відносинах, що завжди є кратними деяким простим числам. Так, якщо мають воду, то на одну вагову частину водню. Велика медична енциклопедія

ДАЛЬТОНА ЗАКОНИ: 1) тиск суміші газів, що хімічно не взаємодіють один з одним, дорівнює сумі їх парціальних тисків; 2) розчинність компонента газової суміші в даній рідині при постійній температурі пропорційна парціальному… Великий Енциклопедичний словник

1) тиск суміші хімічно невзаємодіючих ідеальних газів дорівнює сумі парціальних тисків. Приблизно застосуємо до реальних газів при значеннях темпи тисків, далеких від критичних. 2) При пост. темп ре розчинність у цій рідині… … Фізична енциклопедія

1) тиск суміші хімічно невзаємодіючих ідеальних газів дорівнює сумі парціальних тисків. Приблизно застосуємо реальні гази при значеннях температур і тисків, далеких від критичних. 2) При пост. температурі розчинність у цій … Фізична енциклопедія

ДАЛЬТОНА ЗАКОНИ: 1) тиск суміші газів, що хімічно не взаємодіють один з одним, дорівнює сумі їх парціальних тисків; 2) розчинність компонента газової суміші в даній рідині при постійній температурі пропорційна парціальному… Енциклопедичний словник

Описують процеси, які у рівноважних системах «рідкий розчин пар» під впливом температури чи тиску. Зміст 1 Перший закон Коновалова 2 Другий закон Коновалова … Вікіпедія

Ця стаття чи розділ потребує переробки. Будь ласка, покращіть статтю відповідно до правил написання статей. Всю сукупність … Вікіпедія

Наприкінці XVIII і в першій половині XIX століття вчені різних країн активно вивчали поведінку газоподібної, рідкої та твердої матерії за різних зовнішніх умов, спираючись у своїх дослідженнях на уявлення про атомну та молекулярну будову речовини. Одним із таких вчених був британець Закон для суміші газів, який наразі носить його прізвище, розглядається у цій статті.

Особливі умови

Перш ніж формулювати закон Дальтона для суміші газів, слід розібратися з одним із понять. Це дуже важливо, оскільки тільки для такої речовини є справедливим цей закон. Йдеться про ідеальний газ. Що це таке?

Під ідеальним належить газ, для якого справедливі такі вимоги:

• розміри молекул і атомів у ньому настільки малі, що їх вважатимуться матеріальними точками, мають нульовий обсяг;
• молекули та атоми не взаємодіють між собою.

Таким чином, ідеальний газ є сукупністю матеріальних точок, що рухаються хаотично. Швидкість їхнього руху і маса однозначно визначають температуру всієї суміші. Тиск, який досліджувана речовина чинить на стінки судини, залежить від таких макроскопічних параметрів, як температура, об'єм судини та кількість молекул.

Для такої газової моделі справедлива рівність:

Воно називається та поєднує тиск (P), температуру (T), об'єм (V) та кількість речовини в молях (n). Розмір R - це коефіцієнт пропорційності, що дорівнює 8,314 Дж/(К*моль).

Дивне у цій формулі те, що вона не включає жодного параметра, який залежав би від хімічної природи молекул та атомів.

Парціальний тиск

Закон Дальтона для суміші ідеальних газів передбачає знання ще про один макроскопічний параметр - парціальний тиск.

Припустимо, є деяка суміш, що складається з 2-х компонентів, наприклад, H 2 і He. Ця суміш знаходиться в посудині конкретного об'єму і на його стінки створює певний тиск. Оскільки молекули водню та атоми гелію не взаємодіють один з одним, тоді для будь-яких розрахунків макроскопічних характеристик обидва компоненти можна розглядати незалежно один від одного.

Парціальним тиском компонента називається тиск, який створює незалежно від інших компонентів суміші, займаючи наданий йому обсяг. У цьому прикладі можна говорити про парціальний тиск H 2 і такої ж характеристики для He. Ця величина виражається в паскалях і позначається для i компонента як P i .

Газові суміші та закон Дальтона

Джон Дальтон, вивчаючи різні леткі, включаючи водяну пару, при різних температурах і тисках, дійшов такого висновку: тиск суміші будь-яких подібних речовин у будь-яких пропорціях дорівнює сумі парціальних тисків всіх його компонентів. Це формулювання називається законом Дальтона для тиску суміші газів і записується наступною математичною рівністю:

Тут P tot – повний тиск суміші.

Цей досить простий закон виконується лише для ідеальних газових сумішей, компоненти яких хімічно не взаємодіють один з одним.

Інше формулювання закону Дальтона

Закон Дальтона для суміші газів може бути виражений не тільки через парціальний тиск, але також через мільні частки кожного компонента. Отримаємо відповідну формулу.

Оскільки кожен компонент поводиться незалежно від інших у газовій суміші, тоді для нього можна записати рівняння стану:

Це рівняння справедливе для кожного i-го компонента, оскільки для них температура T і об'єм V є однаковими. Величина ni - це кількість молей компонента i в суміші.

Виразимо тепер парціальний тиск, і розділимо його на повний тиск усієї суміші, тоді отримаємо:

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

Тут n – загальна кількість речовини у всій суміші. Його можна отримати, якщо підсумувати всі n i . Відношення n i /n називається мольною часткою компонента i суміші. Її зазвичай позначають символом xi. Через мольні частки закон Дальтона записується так:

Часто представляється як атомних відсотків компонентів у суміші. Наприклад, 21 % O 2 у повітрі свідчить, що його мольна частка дорівнює 0,21, тобто кожна п'ята молекула повітря є киснем.

Застосування розглянутого закону для вирішення задачі

Відомо, що газова суміш із кисню та азоту знаходиться під тиском 5 атмосфер у балоні. Знаючи, що в ньому міститься 10 моль азоту та 3 моль кисню, необхідно визначити парціальний тиск кожної речовини.

Щоб відповісти на питання задачі, знайдемо спочатку загальну кількість речовини:

n = n N2 + n O2 = 10 + 3 = 13 моль

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

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

Користуючись формулою закону Дальтона через мольну частку компонента, розраховуємо парціальний тиск кожного газу в балоні:

P N2 = 5 * 0,7692 = 3,846 атм.

P O2 = 5 * 0,2308 = 1,154 атм.

Як очевидно з отриманих цифр, сума цих тисків дасть 5 атмосфер. Парціальний тиск кожного газу прямо пропорційно його мольної частки у суміші.