Способы задания газовой смеси

Массовая доля.

Наиболее простой способ определения состава газовой смеси – это определение массового состава смеси, т.е. для каждого газа находим его долю в общей массе смеси – массовую долю:

                                           (18)

Очевидно, что         ,

т.е.                 

Молярная доля.

Можно найти и молярный состав смеси. Действительно, зная молярные массы, находим количество вещества каждого компонента

                                                    (19)

Следовательно, количество вещества в газовой смеси

                                            (20)

Имея эти данные, находим молярный состав смеси – молярные доли:

                                                    1)

Молярную массу смеси можно определить следующим образом.

                                               (22)

или

                                            (23)

Полученное значение  называется кажущейся, или условной, молярной массой смеси. Эта величина широко применяется в расчетах газовых смесей. Если известна (определена) молярная масса смеси, то можно найти удельную газовую постоянную смеси , используя уравнение (11), т.е.

                                 (24)

 

Объёмная доля.

Наиболее часто задается объемный состав смеси, поэтому необходимо ввести понятие о парциальном объёме компонентов.

Пусть имеется газовая смесь из двух компонентов. Если собрать молекулы одного газа в одной части объёма, а молекулы другого газа в другой части. Части объёма каждого газа и называются парциальными. Подбирая соответствующим образом доли от общего объёма, можно добиться того, что каждый газ достигает давления смеси. Объёмы, которые занимают эти газы, называют приведенными, т.е. приведенными к давлению смеси. Сумма приведенных объемов равна объёму смеси (закон Амага):

                                          (25)

Отсюда может быть определен объёмный состав смеси, причем объёмная доля каждого компонента выражается отношением

                                              (26)

Так как каждый компонент смеси подвергается сжатию при постоянной температуре, то для  -го компонента смеси можно написать уравнение

, - это следует из закона Бойля – Мариотта. (27)

Здесь      - парциальное давление  - го компонента смеси газа;

     - приведенный или парциальный объём  - го компонента смеси газа;

    - давление смеси газа;

     - объём смеси газа.

Из уравнения (27) следует:

 ,                                                   (28)

но  (26), тогда уравнение (28) запишем в виде:

                                                   (29)

Эта формула позволяет определять парциальные давления компонентов смеси, если известен объёмный состав смеси.

Так как при одинаковых давлениях и температурах молярные объёмы газов одинаковы, то можно написать для - го газа

,                                            (30)

а для всей смеси

,                                   (31)

Из этих уравнений находим

 ,                                              (32)

Следовательно, молярные доли численно равны объёмным:

                                                   (33)

Связь между долями.

Массовые и объёмные (молярные) доли можно связать между собой, если известна плотность  каждого компонента смеси. Тогда

                                                 (34)

                                               (35)

Для определенной газовой смеси массовые и объёмные доли   – го компонента смеси будут различны, ввиду разной плотности компонентов смеси.

Из следствия 2 закона Авогадро известно, что плотности веществ зависят от их молярных (молекулярных) масс, т.е. они пропорциональны молярным массам.

Так, например, для сухого воздуха

 в массовых долях,

а в объёмных: