LEGEA LUI AMAGAT: EXPLICAȚIE, EXEMPLE, EXERCIȚII - CHIMIE - 2025

Legea Amagat lui afirmă că volumul total al unui amestec de gaze este egală cu suma volumelor parțiale fiecare gaz care să includă, dacă este singur și presiunea și temperatura amestecului.

Este cunoscută și sub denumirea de lege a volumelor parțiale sau aditive, iar numele acesteia se datorează fizicianului și chimistului francez Emile Hilaire Amagat (1841-1915), care a formulat-o pentru prima dată în 1880. Este analog în volum cu legea presiunilor parțiale. din Dalton.

Aerul din atmosferă și în baloane poate fi tratat ca un amestec ideal de gaz, căruia i se poate aplica legea Amagat. Sursa: PxHere.

Ambele legi se mențin exact în amestecurile de gaze ideale, dar sunt aproximative atunci când sunt aplicate gazelor reale, în care forțele dintre molecule joacă un rol proeminent. Pe de altă parte, când vine vorba de gaze ideale, forțele moleculare atractive sunt neglijabile.

Formulă

În formă matematică, legea lui Amagat ia forma:

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

În cazul în care litera V reprezintă volumul, unde V _{T este} volumul total. Simbolul însumării servește ca o notație compactă. T _m si P _m sunt temperatura și presiunea amestecului, respectiv.

Volumul fiecărui gaz este V _i este denumit volumul componentelor. Este important de menționat că aceste volume parțiale sunt abstracții matematice și nu corespund volumului real.

De fapt, dacă am lăsa doar unul dintre gazele din amestec în recipient, acesta s-ar extinde imediat pentru a ocupa volumul total. Cu toate acestea, legea lui Amagat este foarte utilă, deoarece facilitează unele calcule în amestecurile de gaze, dând rezultate bune mai ales la presiuni ridicate.

Exemple

Amestecurile de gaze abundă în natură. Pentru început, ființele vii respiră un amestec de azot, oxigen și alte gaze într-o proporție mai mică, deci este un amestec de gaze foarte interesant de caracterizat.

Iată câteva exemple de amestecuri de gaze:

-Aerul din atmosfera Pământului, al cărui amestec poate fi modelat în diverse moduri, fie ca un gaz ideal, fie cu unul dintre modelele pentru gazele reale.

-Motoarele cu gaz, care sunt cu combustie internă, dar în loc să utilizeze benzină, folosesc un amestec natural gaz-aer.

-Mestecul de monoxid de carbon-dioxid pe care motoarele pe benzină îl expulzează prin conducta de evacuare.

-Combinația hidrogen-metan care abundă în planetele gigantului cu gaz.

Gaz interstelar, un amestec format mai ales din hidrogen și heliu care umple spațiul dintre stele.

-Mestecuri diferite de gaze la nivel industrial.

Desigur, aceste amestecuri gazoase nu se comportă în general ca gaze ideale, deoarece condițiile de presiune și temperatură sunt departe de cele stabilite în acel model.

Sistemele astrofizice precum Soarele sunt departe de a fi ideale, deoarece variațiile de temperatură și presiune apar în straturile stelei și proprietățile materiei se schimbă pe măsură ce evoluează în timp.

Amestecurile de gaze sunt determinate experimental cu diferite dispozitive, cum ar fi analizatorul Orsat. Pentru gazele de evacuare există analizoare portabile speciale care funcționează cu senzori cu infraroșu.

Există, de asemenea, dispozitive care detectează scurgerile de gaz sau sunt concepute pentru a detecta anumite gaze în special, utilizate mai ales în procesele industriale.

Figura 2. Analizator de modă veche pentru detectarea emisiilor de vehicule, în special emisiile de monoxid de carbon și hidrocarburi. Sursa: Wikimedia Commons.

Gazele ideale și volumele de componente

Relațiile importante între variabilele din amestec pot fi obținute folosind legea lui Amagat. Pornind de la ecuația ideală de stare a gazului:

În continuare, se rezolvă volumul unei componente i a amestecului, care poate fi scris astfel:

Când n _i reprezintă numărul de moli de gaze prezenți în amestec, R este constanta de gaz, T _m este temperatura amestecului și P _{m este} presiunea amestecului . Numărul de aluniți ni este:

În timp ce pentru mixul complet, n este dat de:

Împărțirea expresiei pentru și nici de acesta din urmă:

Rezolvarea pentru V _i :

Prin urmare:

Unde x _i se numește fracția molă și este o cantitate fără dimensiuni.

Fracția molă este echivalentă cu fracția de volum V _i / V și se poate demonstra că este de asemenea echivalentă cu fracția de presiune P _i / P.

Pentru gazele reale, trebuie utilizată o altă ecuație corespunzătoare de stare sau trebuie utilizat factorul de compresibilitate sau factorul de compresie Z. În acest caz, ecuația de stare pentru gazele ideale trebuie înmulțită cu acest factor:

Exerciții

Exercitiul 1

Următorul amestec de gaz este pregătit pentru o aplicare medicală: 11 moli de azot, 8 moli de oxigen și 1 mol de dioxid de carbon. Calculați volumele parțiale și presiunile parțiale ale fiecărui gaz prezent în amestec, dacă trebuie să aibă o presiune de 1 atmosferă în 10 litri.

1 atmosferă = 760 mm Hg.

Soluţie

Amestecul este considerat a fi conform modelului de gaz ideal. Numărul total de alunițe este:

Fracția aluniță a fiecărui gaz este:

-Nitrogen: x _Azot = 11/20

_-Oxigen : x _Oxigen = 8/20

-Anhidridă _carbonică : x _{Anhidridă carbonică} = 1/20

Presiunea și volumul parțial al fiecărui gaz sunt calculate, astfel:

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

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

-Anhidridă carbonică: P _A-C = 760 mm de Hg. (1/20) = 38 mm de Hg; V _N = 10 litri. (1/20) = 0,5 litri.

Într-adevăr, se poate vedea că ceea ce s-a spus la început este adevărat: că volumul amestecului este suma volumelor parțiale:

Exercițiul 2

Se amestecă 50 de moli de oxigen cu 190 moli de azot la 25 ° C și o atmosferă de presiune.

Aplicați legea lui Amagat pentru a calcula volumul total al amestecului, folosind ecuația ideală de gaz.

Soluţie

Știind că 25 ºC = 298,15 K, 1 atmosferă de presiune este echivalentă cu 101325 Pa și constanta de gaz din Sistemul Internațional este R = 8.314472 J / mol. K, volumele parțiale sunt:

În concluzie, volumul amestecului este:

Referințe

1. Borgnakke. 2009. Fundamente ale termodinamicii. Ediția a VII-a. Wiley and Sons.
2. Cengel, Y. 2012. Termodinamica. Ediția a VII-a. McGraw Hill.
3. Chimie LibreTexturi. Legea lui Amagat. Recuperat din: chem.libretexts.org.
4. Engel, T. 2007. Introducere în fizicochimie: termodinamică. Pearson.
5. Pérez, S. Gazele reale. Recuperat de la: depa.fquim.unam.mx.