3.1.3. Газовые смеси

Смесь представляет собой систему тел, химически не взаимодействующих между собой. Структура отдельных компонентов смеси в процессах смесеобразования и стабилизации смеси не изменяется.

Различают два основных способа задания смеси: весовыми (массовыми) и мольными (объемными) концентрациями.

Весовая (массовая) концентрация смеси m_i представляет собой отношение стандартного веса или массы компонента к стандартному весу или массе всей смеси:

; ; .

Мольная (объемная) концентрация r_i есть величина отношения количества молей компонентов к количеству молей смеси:

r_i=

; .

Количество молей компонента

Молекулярный (кажущийся) вес смеси равен в зависимости от способа задания смеси:

через объемные доли:

(3.22)

через массовые доли:

(3.23)

(3.24)

Пересчет весовых и объемных концентраций можно осуществить из уравнения:

m_i/r_i=_i/_m; m_i/r_i=_i/_m=R_m/R_i,

где R_m — газовая постоянная смеси R_m=

Давление смеси представляет собой сумму давлений компонентов, входящих в смесь Давление одного компонента устанавливается на основании закона Дальтона (закона диффузионного равновесия) P_i=P_mr_i, где P_i — парциальное давление газов, входящих в смесь.

3.1.4. Законы идеальных газов

Идеальным газом является газ, подчиняющийся уравнению Клапейрона при любых плотностях и давлениях.

1. Закон Бойля — Мариотта (1622 г.). Если температура газа постоянна, то давление газа и его удельный объем связаны зависимостью:

P₁₁=P₂₂=idem, или ₂/₁=P₁/P₂. (3.25)

2. Закон Гей — Люссака (1802 г.). При постоянном давлении объем газа при нагревании изменяется прямо пропорционально повышению температуры:

=₀(1+t), (3.26)

где  — удельный объем газа при температуре tC,

₀ — удельный объем газа при температуре t=0С,

 — температурный коэффициент объемного расширения идеальных газов при t=0C одинаковый для различных газов и сохраняющий одно и то же значение: =1/273,16=0,00366 1/С.

3. Закон (уравнение) Клапейрона (1834 г.). Сопоставление законов Бойля — Мариотта и Гей — Люссака приводит к уравнению состояния идеальных газов:

=₀(1+t)=const/P=const/P(1/+t);

1/+t=T; const=R; T=273,16+tC;

P=RT; PV=GRT=MRT, (3.27)

где R — газовая постоянная идеального газа. Представляет собой удельную работу газа в изобарном процессе (P — idem) при изменении температуры газа на 1С.

4. Закон Авогадро (1811 г.). Объем киломоля идеального газа () не зависит от его природы и вполне определяется параметрами физического состояния газа (P, t):

ƒ(P, t).

Объем 1 кмоля идеального газа в нормальных физических условиях (температура 0С, давление 101,325 кПа)

Уравнение Клапейрона для одного кмоля идеального газа имеет вид

,

тогда R не зависит от природы газа и в силу этого называется универсальной газовой постоянной:

. (3.28)

Удельные газовые постоянные газов R определяются по значению их молярной массы:

(3.29)

Таким образом, уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона) может быть записано в следующих видах:

для 1 кг газа P=RT,

для G кг газа PV=GRT,

для 1 кмоля газа (уравнение Клапейрона — Менделеева)

для кмолей газа (3.30)