5.4 : Смесь газов - закон парциальных давлений Дальтона

Давление чистого газа это сумма столкновений молекул между его частицами и окружающими поверхностями. Образец газа с меньшим количеством частиц в данном объеме оказывает более низкое давление, чем образец с большим количеством частиц в том же объеме. Но сколько составляет давление смеси разных газов?

Для многокомпонентной газовой смеси давление представляет собой сумму столкновений всех молекул газа. Предполагается, что каждый компонент в смеси оказывает собственное давление, которое не зависит от других присутствующих газов. Давление любого отдельного компонента называется его парциальным давлением.

Полное давление идеальной газовой смеси равно сумме парциального давления ее компонентов. Это наблюдение является законом парциальных давлений Дальтона. Применяя закон идеального газа, парциальные давления отдельных компонентов газа заменяются измеряемыми величинами.

Поскольку газы в смеси занимают один и тот же объем и имеют одинаковую температуру, уравнение можно упростить. Сумма молей отдельных компонентов равна общему количеству молей всех компонентов газа, n-общее. Следовательно, полное давление газовой смеси равно n-общему, умноженному на постоянную R-T, деленную на V.Число молей компонента, деленное на общее количество молей в смеси, является мольной долей.

Преобразование мольной доли для общего количества молей и замена n-общего в законе парциальных давлений Дальтона дает выражения для общего давления. Следующая перегруппировка показывает, что парциальное давление газа в смеси является произведением его мольной доли и общего давления смеси. Таким образом, в газовой смеси парциальное давление любого компонента i равно мольной доле i, умноженной на общее давление.

В качестве примера расчета предположим, что емкость, заполненная двумя газами гелием и аргоном содержит 40%по объему аргона. Это означает, что мольная доля аргона составляет 0, 4. Если полное давление составляет 4 атмосфер, сколько составляет парциальное давление гелия?

Используя уравнение для парциального давления газа, парциальное давление аргона равно его мольной доле, умноженной на общее давление. Таким образом, 0, 4 умноженное на 4 атмосферы дает парциальное давление аргона 1, 6 атмосфер. Поскольку сумма парциальных давлений равна общему давлению, уравнение можно изменить так, чтобы парциальное давление аргона можно было вычесть из общего давления.

Таким образом, парциальное давление гелия составляет 2.4 атмосфер.