Das Gesetz von Dalton gut erklärt PDF

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Das Gesetz von Dalton Obwohl alle Gase unter geeigneten Bedingungen dem idealen Gasgesetz PV = nRT nahe kommen, ist jedes Gas auch eine einzigartige chemische Substanz, die aus molekularen Einheiten mit bestimmten Massen besteht. In dieser Lektion werden wir sehen, wie diese molekularen Massen die Eigenschaften von Gasen beeinflussen, die dem idealen Gasgesetz entsprechen. Anschließend werden wir auf Gase eingehen, die mehr als eine Molekülart enthalten, also Gasgemische. Wir beginnen mit einer Überprüfung des molaren Volumens und der E.V.E.N. Prinzip, das für unser Verständnis von Gasgemischen von zentraler Bedeutung ist.

Das molare Volumen eines Gases Sie werden sich erinnern, dass die Molmasse einer reinen Substanz die Masse von 6,02 x 1023 (Avogadros Zahl) von Partikeln oder molekularen Einheiten dieser Substanz ist. Molare Massen werden üblicherweise in Einheiten von Gramm pro Mol (g mol-1) ausgedrückt und werden oft als Molekulargewichte bezeichnet. Wie in der vorhergehenden Lektion erklärt wurde, enthalten gleiche Volumina von Gasen, gemessen bei gleicher Temperatur und gleichem Druck, die gleiche Anzahl von Molekülen (dies ist das "EVEN" -Prinzip, formeller als das Avogadro-Gesetz bekannt). Standardtemperatur und -druck: 273K, 1 atm

Die Grße dieses Volumens hängt natürlich von der Temperatur und dem Druck ab, so daß es als Mittel zum zweckmßigen Vergleich üblich ist, einen Satz von Bedingungen T = 273 K und P = 1 atm als Standardtemperatur und Standarddruck, gewöhnlich als STP bezeichnet, zu definieren . Setzt man diese Werte in die ideale Zustandsgleichung ein und löst man V auf, erhält man ein Volumen von 22.414 Litern für 1 Mol.

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Schätzen Sie die durchschnittliche Entfernung zwischen den Molekülen in einem Gas bei 1 atm Druck und 0 ° C.

LÖSUNG Betrachten Sie ein 1-cm3-Volumen des Gases, das enthalten wird

Das Volumen pro Molekül (nicht das gleiche wie das Volumen eines Moleküls, das für ein ideales Gas Null ist!) Ist nur der Kehrwert davon oder 3.72E-20 cm3. Angenommen, die Moleküle sind gleichmäßig verteilt, so dass jede eine imaginäre Box mit diesem Volumen einnimmt. Der durchschnittliche Abstand zwischen den Zentren der Moleküle wird durch die Länge dieser Box definiert, die die Kubikwurzel des Volumens pro Molekül ist: (3,72 × 10-20) 1/3 = 3,38 × 10 -7 cm = 3,4 nm

Unter Bedingungen, bei denen das ideale Gasmodell anwendbar ist (dh fast immer, es sei denn, Sie sind ein Chemieingenieur, der mit hohen Drücken zu tun hat), ist "ein Molekül ein Molekül", so dass das Volumen der Avogadro-Moleküle unabhängig von der Zusammensetzung ist von dem Gas. Der Grund ist natürlich, dass das Volumen des Gases meist leer ist; die Volumen der Moleküle selbst sind vernachlässigbar.

Molare Masse und Dichte eines Gases Das Molekulargewicht (Molmasse) eines beliebigen Gases ist die Masse, ausgedrückt in Gramm, der Avogadro-Anzahl seiner Moleküle. Dies gilt -2-

unabhängig davon, ob das Gas aus einer molekularen Spezies besteht oder eine Mischung ist. Bei einer Mischung von Gasen hängt die Molmasse von den Molmassen ihrer Komponenten und von der fraktionellen Häufigkeit jeder Art von Molekül in der Mischung ab. Der Ausdruck "mittleres Molekulargewicht" wird oft verwendet, um die Molmasse eines Gasgemisches zu beschreiben.

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Die durchschnittliche Molmasse (m) einer Gasmischung ist nur die Summe der Molenbrüche jedes Gases, multipliziert mit der Molmasse dieser Substanz:

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Bestimmen Sie die durchschnittliche Molmasse der trockenen Luft, deren Volumenzusammensetzung O2 (21%), N2 (78%) und Ar (1%) ist.

LÖSUNG

Das durchschnittliche Molekulargewicht ist die Molzahl-gewichtete Summe der Molekulargewichte seiner Komponenten. Die Molenbrüche sind natürlich die gleichen wie die Volumenfraktionen (E.V.E.N.-Prinzip).

m = (0,21 × 32) + (0,78 × 28) + (0,01 × 20) = 28

Die molaren Volumina aller Gase sind dieselben, wenn sie bei der gleichen Temperatur und dem gleichen Druck gemessen werden. Die Molmassen verschiedener Gase werden jedoch variieren. Dies bedeutet, dass unterschiedliche Gase unterschiedliche Dichten haben (unterschiedliche Massen pro Volumeneinheit). Wenn wir das Molekulargewicht eines Gases kennen, können wir seine Dichte berechnen.

Dichte einer Gasmischung

Gasdichte-Messungen können ein nützliches Mittel sein, um die Zusammensetzung einer Mischung von zwei verschiedenen Gasen zu schätzen; Dies ist in industriellen Chemiebetrieben weit verbreitet, in denen die Zusammensetzungen von Gasströmen kontinuierlich überwacht werden müssen.

BEISPIEL

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Bestimmen Sie die Zusammensetzung eines Gemisches aus CO2 (44 g / mol) und Methan CH4 (16 g / mol) mit einer STP-Dichte von 1,214 g / L.

LÖSUNG

Die Dichte einer Mischung dieser beiden Gase wird direkt proportional zu ihrer Zusammensetzung sein, die zwischen der von reinem Methan und reinem CO2 variiert. Wir beginnen mit dem Auffinden dieser zwei Dichten:

Für CO2:

(44 g / mol) (22,4 l / mol) = 1,964 g / l

Für CH4:

(16 g / mol) (22,4 l / mol) = 0,714 g / l

Wenn x der Molenbruch von CO2 ist und (1-x) der Molenbruch von CH4 ist, können wir schreiben

1,964 x + 0,714 (1-x) = 1,214

(Ist das sinnvoll? Beachte, dass, wenn x = 0, die Dichte die von reinem CH4 wäre, während sie, wenn sie 1 wäre, die von reinem CO2 wäre.)

Das Erweitern der obigen Gleichung und das Auflösen nach x ergibt die Molenbrüche von 0,40 für CO und 0,60 für CH. -5-

Ausdruck der Zusammensetzung einer Gasmischung

Da der größte Teil des von einem Gas eingenommenen Volumens aus leerem Raum besteht, gibt es nichts, was verhindert, dass zwei oder mehr Arten von Gasen dasselbe Volumen einnehmen. Homogene Gemische dieser Art sind allgemein als Lösungen bekannt, aber es ist üblich, sie einfach als gasförmige Gemische zu bezeichnen. Wir können die Zusammensetzung von Gasgemischen auf viele verschiedene Arten spezifizieren, aber die gebräuchlichsten sind nach Volumen und nach Molenbruch.

Volumenfraktionen

Aus dem Avogadro'schen Gesetz wissen wir, dass "gleiche Volumen die gleiche Anzahl von Molekülen enthält". Dies bedeutet, dass die Volumen von Gasen im Gegensatz zu denen von Feststoffen und Flüssigkeiten additiv sind. Wenn also ein partitionierter Behälter zwei Volumina Gas A in einer Sektion und ein Mol Gas B in der anderen hat (beide bei gleicher Temperatur und gleichem Druck), und wir die Partition entfernen, bleibt das Volumen unverändert.

Daltons Gesetz des Partialdrucks

Die ideale Zustandsgleichung des Gases gilt für Gemische ebenso wie für reine Gase. Es war tatsächlich mit einer Gasmischung, gewöhnlicher Luft, dass Boyle, Gay-Lussac und Charles ihre frühen Experimente machten. Das einzige neue Konzept, das wir für den Umgang mit Gasgemischen brauchen, ist der Partialdruck, ein Konzept, das der berühmte englische Chemiker John Dalton (1766-1844) erfunden hat. Dalton argumentierte, dass die geringe Dichte und die hohe Kompressibilität von Gasen darauf hindeuten, dass sie hauptsächlich aus leerem Raum bestehen; Daraus folgt, dass wenn zwei oder mehr verschiedene Gase das gleiche Volumen einnehmen, sie sich völlig unabhängig verhalten. -6-

Der Beitrag, den jede Komponente eines Gasgemisches zum Gesamtdruck des Gases beiträgt, ist als der Partialdruck dieses Gases bekannt. Dalton selbst hat dieses Gesetz auf die einfache und lebhafte Weise dargestellt, die links gezeigt wird.

Die übliche Art, Daltons Gesetz des Partialdrucks zu formulieren, ist Der Gesamtdruck eines Gases ist die Summe der Partialdrücke seiner Komponenten was algebraisch ausgedrückt wird als : Pges

Es gibt auch eine ähnliche Beziehung basierend auf Volumenbrüchen, bekannt als Amagatsches Gesetz der Teilvolumina. Es ist genau analog zum Daltonschen Gesetz, indem es besagt, dass das Gesamtvolumen einer Mischung nur die Summe der Teilvolumina seiner Komponenten ist. Aber es gibt zwei wichtige Unterschiede: Das Gesetz von Amagat gilt nur für ideale Gase, die alle die gleiche Temperatur und den gleichen Druck haben müssen. Daltons Gesetz hat keine dieser Einschränkungen. Obwohl das Gesetz von Amagat intuitiv offensichtlich erscheint, erweist es sich manchmal in chemischen Verfahrenstechnikanwendungen als nützlich. Wir werden es in diesem Kurs nicht nutzen.

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