Рассмотренные ранее закономерности приведены для газов, которые являются чистыми веществами, т.е. в которых все молекулы одинаковы.
В технике используются не только чистые газы, но и смеси чистых газов (например, воздух, состоящий из азота и кислорода, азотно-водородные смеси и т.п.).
Газовая смесь- это механическая смесь газов, каждый из которых подчиняется законам идеальных газов.
В смеси они не вступают в химические реакции. Сохраняют свою химическую индивидуальность. Газовыми смесями являются, например, атмосферный воздух или продукты сгорания топлива в топочных устройствах паровых и водогрейных котлов, в двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах. В эти смеси входят, в частности, азот, углекислый газ, сернистый газ, пары воды и кислород.
Частным случаем газовых смесей является смесь идеальных газов. Знание закономерностей поведения смеси идеальных газов позволяет описать поведение смеси, состоящей из реальных газов.
Рис. 1.1.11Копределению приведенного (парциального) давления и объема компонентов газовой смеси
Выясним, что называется парциальным (приведенным) объемом компонента. Наполним баллон двумя различными газами, разделив их абсолютно тонкой (нематериальной) перегородкой (рис. 1.1.11).
Под действием давления газов слева и справа перегородка установится в каком-либо промежуточном положении, при котором давление газа на нее как справа, так и слева — одинаково. Пусть оба газа имеют одинаковую температуру Т0(состояние 1;рис.1.1.11). Каждый из газов при равенстве давлений и температур будет занимать свой объем V1 и V2.
Удалим перегородку. Газы смешаются (состояние 2). При этом давление и температура смеси газов не изменится, т. е.
Каждый из газов в таком состоянии будет занимать полный объем, то есть тот, который они занимали вместе до смешения VCM = V1+V2.
Теперь будем поочередно удалять из баллона один из двух газов. В баллоне будет оставаться другой газ, который и будет занимать полный объем V = VCM (состояние 3).
В каждом из этих случаев давление газа в баллоне упадет от Р0 = Рcм до P1или P2 (ранее оба газа вместе занимали весь объем баллона, а теперь тот же объем занимает каждый газ в отдельности). Сохраним любым из возможных способов температуру каждого в отдельности газов в баллоне, равную температуре их смеси Тсм. Таким образом, каждый из газов в отдельности при температуре Т1= Т2= Тсм и объеме VCM = V1+V2. будет создавать давлениеP1или P2
Давление, которое создавал бы каждый из газов смеси в отдельности (другие газы удалены) в том же объеме, что до этого занимала вся смесь, и при условии, что его температура равна температуре смеси Т1 = Т2 = Тсм, называется парциальным (приведенным) давлением.
Основным законом поведения смеси идеальных газов является закон Дальтона, утверждающий, что каждый отдельный газ ведет себя в смеси так, как будто он, находясь при температуре смеси, один занимает весь объем смеси.
Каждый из газов, образующих смесь, оказывает на стенки сосуда некоторое давление, называемое парциальным давлением. Занимая объем равный объему смеси, каждый из газов, составляющий смесь, находится под своим парциальным давлением и имеет температуру смеси.
Давление смеси газов по закону Дальтону равно сумме парциальных давлений:
Pсм = P1 + P2+…..+Pn
Для определения величин, характеризующих газовую смесь, необходимо знать состав газа. Он определяется количеством каждого из газов, входящих в смесь, и задаётся по массе или объёму.
Чтобы задать состав смеси, используются массовые и объёмные доли:
Массовая доля газа, входящего в смесь есть отношение его массы к массе всей смеси.
Массовые доли компонентов газовой смеси определяются:
где m1,m2,m3….mn- масса отдельных компонентов
mcm - масса смеси.
Причём:
g 1+g 2+g 3+…+gn=1
Если смесь задана в %
g 1+g2+g 3+…+gn=100%
Молекулы каждого газа, входящего в смесь, равномерно распределены по всему объёму, так что каждый из газов, составляющих смесь, равномерно распределен по всему объёму и занимает такой же объём, как и вся смесь.
Для установления объёмной доли компонента вводится понятия парциального объёма компонента.
Теперь с газами поступим другим образом. Каждый из газов смеси в отдельности будем сжимать с помощью перегородки до того давления, которое создавалось смесью этих газов в полном объеме баллона, то есть в состоянии 2. При сжатии температура газа возрастает, а поэтому баллон будем охлаждать, добиваясь тем самым постоянства температуры каждого газа. Важно, чтобы при сжатии газа его температура оставалась равной температуре смеси газов, то есть Т = Т1 = Т2 = Тсм (состояние 4).
Таким образом, каждый из газов в отдельности при давлении и температуре, равных давлению и температуре смеси газов Р= P1 = Р2 = Рсм, Т=Т1 = Т2 = Тсм, будет занимать определенный объем (соответственно V1 или V2).
Этот объем называют парциальным (приведенным) объемом.
Парциальным объёмомкомпонента называют объём, который он занимал бы при температуре и давлении смеси.
Очевидно, что в нашем примере парциальными (приведенными) объемами газов являются их объемы до смешения V1и V2.
Если газовая смесь состоит из п газов, то, обозначив приведенные
объемы компонентов этой смеси через V1, V2,… ,Vn, а объем смеси через Vсм , то
объёмная доля каждого компонента газовой смеси равна отношению его парциального объёма к объёму всей смеси :
где V1,V2,….,Vn- парциальные объемы;
Vcм- объем всей смеси.
Vcm=V1+V2+…+Vn
r1+r2+r3+…+rn=1
Если смесь задана в % объемного состава:
r1+r2+r3+…+rn=100%
Определение кажущейся молекулярной массы смеси, заданной объёмными долями:
Mcm=r1·M1+r2·M2+…+rn·Mn
Объемные доли компонентов газовой смеси также могут задаваться дробными числами или в процентах. Например, объемные доли азота и кислорода в воздухе равны:
r(N2) =0.79 (79%); r(О2) = 0,21 (21%)
.png)
