Le miscele di gas costituite da gas che non reagiscono tra loro sono miscele omogenee costituite da gas diversi che possono essere considerate come un singolo gas
Ad esempio l’aria secca è costituita da:
– N2 al 78% ( peso molecolare = 28.0)
– O2 al 21% (peso molecolare = 32.0)
– Argon all’1% (peso atomico = 40.0)
Il peso molecolare medio dell’aria secca è : ( 78 ∙ 28.0) + ( 21 ∙ 32.0) + ( 1 ∙ 40)/ 100 = 28.96 g/mol
L’aria secca può quindi essere considerata come un semplice gas avente peso molecolare di 28.97 g/mol.
Per esprimere le proprietà delle miscele in termini di proprietà dei singoli costituenti ci possiamo avvalere di alcune equazioni.
Equazioni
La massa di una miscela mm è data dalla somma delle masse dei singoli costituenti:
mm = Σi=1k mi
Il numero di moli della miscela Nm è dato dalla somma delle moli dei singoli costituenti:
Nm = Σi=1k Ni
La frazione in massa mf di un componente è data dal rapporto tra la massa del componente e la massa totale:
mf = mi/mm
La frazione molare y è data dal rapporto tra le moli di un componente e le moli totali:
yi = Ni/Nm
Si noti che la somma delle frazioni in massa o delle frazioni molari è uguale a 1
La massa di una specie può essere espressa come m = NM
Peso molecolare apparente della miscela Mm = mm/Mm = Σ NiMi/ Nm = Σ yiMi
Un gas ideale è definito come un gas le cui molecole sono distanziate in modo che il comportamento di una molecola non è influenzato dalla presenza delle altre molecole. In genere un gas può essere considerato ideale se si trova a bassa pressione e ad alta temperatura. L’equazione che correla pressione, temperatura e pressione di un gas ideale è l’equazione di stato dei gas ideali: per una mole di gas vale l’equazione pV = RT.
Esistono due leggi che consentono di correlare le varie grandezze per una miscela di gas:
1) Legge di Dalton
Secondo la legge di Dalton, delle pressioni additive, la pressione di una miscela gassosa è data dalla somma delle pressioni parziali che sarebbero state esercitate se fossero presenti da soli nello stesso volume ovvero la pressione parziale di un gas presente in una miscela è la pressione che esso avrebbe se occupasse da solo il volume a disposizione della miscela.
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Gas A V,T mA, NA, pA, |
+ |
Gas B V,T mB, NB, pB, |
= |
Miscela gassosa V,T mm = mA+ mB Nm = NA+ NB pm = pA + pB
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2) Legge di Amagat
Secondo la legge di Amagat, dei volumi additivi, il volume occupato da una miscela gassosa è dato dalla somma dei volumi che ogni costituente della miscela gassosa occuperebbe alla pressione p e alla temperatura T della miscela.
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Gas A p,T mA, NA, VA, |
+ |
Gas B p,T mB, NB, VB, |
= |
Miscela gassosa p,T mm = mA+ mB Nm = NA+ NB Vm = VA + VB
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Combinando la legge di Dalton e la legge di Amagat si può scrivere la seguente relazione:
pi/p = Vi/V = Ni/N = yi
Osservazione: la legge di Dalton e la legge di Amagat sono equivalenti e consentono, a seconda dei dati in possesso, di ricavare alcune grandezze. Ad esempio se la pressione totale di una miscela contenente 2 moli del gas A e 10 moli di gas complessive è di 5 atm si può ottenere la pressione parziale del gas:
pi/5 = 2/10
da cui pi = 1 atm