Смеси идеальных газов

В практических приложениях термодинамики большей частью приходится рассматривать такие смеси газов, когда компоненты не вступают друг с другом в химические реакции. Примером может служить воздух, состоящий из смеси кислорода и атмосферного азота (последний включает и все остаточные газы, входящие в воздух в малом количестве, в том числе углекислый газ, аргон, гелий и пр.).

Состав смеси газов может быть задан различными способами: во-первых, указанием массовых долей компонентов смеси — в долях единицы или в процентах:

где /я, — массовая доля /-го компонента смеси;

Здесь М, — масса /-го компонента смеси; М_см — масса смеси; во-вторых, указанием объемных долей компонентов смеси:

где 7', — объемная доля /-го компонента смеси;

Здесь — парциальный объем ?-го компонента смеси; У_ш — объем смеси.

Парциальным объемом компонента смеси называют часть объема смеси, которая занимает компонент, сжатый при температуре смеси до давления смеси;

в-третьих, указанием молярных компонентов смеси в долях единицы: где ЛГ, — — молярная доля /-го компонента смеси;

где щ — число молей 7-го компонента смеси.

Не трудно доказать, что для идеального газа /V, = г_х. Действительно, умножая числитель и знаменатель на величину объема 1 моля вещества 1^, получим объемы компонента и смеси:

Таким образом, задание смеси идеальных газов объемными долями компонентов равносильно заданию смеси молярными долями отдельных газов.

Давление смеси газов можно представить как сумму парциальных давлений компонентов смеси (опытный закон Дальтона):

где р_{ — парциальное давление, оказываемое отдельным компонентом в объеме всей смеси при неизменной температуре.

Пересчет состава смеси с массовых долей на объемные и обратно может быть произведен после введения понятия кажущейся молекулярной массы смеси газов р_см по формулам:

Для газовой смеси справедливо уравнение состояния идеального газа, если в него ввести условную величину газовой постоянной смеси:

Газовая постоянная смеси газов может быть вычислена по формулам, кДжДкг • К):

или.

С помощью подобных соотношений можно рассчитать удельный объем и плотность смеси газов:

Парциальное давление компонентов, входящих в состав смеси, определяется по формуле.