Законы Дальтона и Гргэхема
В этом разделе речь идет о двух на первый взгляд довольно незначительных, но очень «красивых» газовых законах, с которыми вам следует познакомиться. Один из них относится к парциальному давлению, а другой — к эффузии/диффузии.
Закон Дальтона
Установленный Дальтоном закон парциальных давлений гласит, что давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь.
Другими словами, общее давление смеси газов — газа А, газа Б, газа В и т.д. — равно сумме давлений каждого газа в отдельности. Математически это можно выразить следующим образом:
Зачастую приходится измерять объем газа, собранного над водой и потому насыщенного паром, подобно тому как это было с разложением хлората калия, описанным в предыдущем разделе. Определяя в этом случае давление кислорода, необходимо ввести поправку на парциальное давление водяного пара или исключить его, » осушив» кислород.
Например, предположим, что некоторое количество кислорода собрано над водой при общем давлении 755 торр и температуре 20 °C. Задача состоит в том, чтобы вычислить давление кислорода.
Как известно, общее давление составляет 755 торр. Для начала нужно обратиться к справочной таблице, в которой указано давление водяного пара при разных значениях температуры. (Эту таблицу можно найти в справочной литературе по физике и химии.) Таким образом, парциальное давление воды при 20 °C составляет 17,5 торр. Теперь можно вычислить давление кислорода:
755 торр = P^aKw + 17,5 торр; P&aKw = 755 торр – 17,5 торр = 737,5 торр. Парциальные давления газов, таких, например, как кислород, важно знать при глубоководном нырянии и при использовании респираторов в больницах.
Закон Грэхема
Рассмотрим следующий пример. Если на стол, расположенный в одном конце комнаты, нанести несколько капель концентрированных духов, то через некоторое время их запах можно почувствовать в другом конце комнаты. Этот процесс называется диффузией газов — самопроизвольный процесс перемещения газов вследствие движения их молекул.
Если поместить несколько капель тех же духов внутрь обычного резинового шарика, а затем надуть его, то вскоре можно почувствовать их запах за пределами шарика. Это происходит из-за того, что молекулы газа проникают сквозь микроскопические поры, имеющиеся в резине. Этот процесс называется газовой эффузией — перемещением газа через крохотное отверстие. Например, процесс эффузии является причиной того, что гелий быстро улетучивается из воздушных шариков.
Томас Грэхем установил закон, согласно которому скорость диффузии и эффузии газов обратно пропорциональна квадратному корню молекулярной или атомной массы газа. Этот закон сводится к следующему: чем легче газ, тем быстрее происходит его эффузия (или диффузия). Математически закон Грэхема выглядит так:
Предположим, есть два воздушных шарика одинакового размера, причем один из них наполнен водородом (H2), а другой — кислородом (02). Процесс эффузии через поры шарика должен быстрее протекать у водорода — более легкого газа. Но насколько быстрее? Найти ответ на этот вопрос поможет закон Грэхема:
V
V
«2 = 4.
VC2
Итак, эффузия водорода протекает в четыре раза быстрее, чем у кислорода.