Ha a válaszfalat kihúzzuk, a 0,21 m3 oxigén elkeveredik a nitrogénnel, molekulái bediffundálnak a nitrogénmolekulák közé. Térfogata 1 m3-re nő, ám az össznyomás nem változik. Tehát az oxigén izotermikusan terjeszkedett 0,21 m3-ről 1 m3-re. Így a nyomása 101325 Pa-ról kb. 21600 Pa-ra csökkent. Ez az oxigén parciális nyomása (résznyomása).
A gázelegyet kétféle módon értelmezhetjük.
l. A két gáz térfogata azonos a teljes térfogattal, ekkor mindkettőnek nyomása kisebb az össznyomásnál. Ez a parciális nyomás. A komponensek parciális nyomásainak összege az össznyomás.
2. A két gáz nyomása azonos az össznyomással, ekkor mindkettő csak a térfogat egy részét tölti ki. Ezt az értelmezést használjuk, amikor a keverék térfogatát számítjuk. A két értelmezés közti kapcsolat az izotermikus körülmények miatt: pV = áll. (A komponensek hőmérséklete azonos).
A továbbiakban az összetétel jellemzőit a fenti elegyre vizsgáljuk. Az O index az oxigénre utal, az N a nitrogénre. A keverék összetevőinek Y mólaránya az anyagmennyiségek hányadosa. Levezetésénél az általános állapotegyenletb8l indulunk ki:
az anyagmennyiség:
Az oxigén és a nitrogén anyagmennyiségeinek hányadosa:
mert a moláris gázállandó minden anyagra azonos, és a hőmérsékletek is egyenlők. Alkalmazva a fenti l. értelmezést, miszerint a két gáz azonos térfogatot tölt ki:
(pö az össznyomás)
A 0,21 m3 O2 anyagmennyisége 9,37 mol, a 0,79 m3 nitrogéné pedig 34,48 mol. Az oxigén molaránya:
A másik komponens mólarányát a reciprok érték adja:
A mólarányok szorzata mindig egyenlő eggyel.
Az oxigén parciális nyomása az egyenletből:
egyenlet első tagja a móltört. A moltört természetesen az anyagmennyiségekből is kiszámítható:
A másik komponens móltörtjét egyből való kivonással kapjuk:
A móltörtek összege mindíg egyenlő eggyel:
Az e1őzőekhez hasonló fogalmakat az anyagoktömegére is értelmezzük. Pl. az oxigén tömege:
A két anyag tömegének hányadosa a tömegarány:
A fenti számpélda adataival az oxigén tömege 0,3 kg, a nitrogéné 0,976 kg. A tömegarány:
A másik komponens tömegarányát reciprok érték számítással kapjuk. A tímegarányok szorzata mindög egyenlő eggyel. Ha a tömegarányt a parciális nyomásból kívánjuk. Kiszámítani, szükség van a moláris tömegekre:
A tömegtört a műszaki életben. igen gyakran használatos. A tömegarányból számítható:
vagy a tömegből
Az alábbi táblázat a száraz levegő összetételét különféle szempontok szerint tartalmazza a négy legfontosabb komponensre.
| Komponens | térfogattört | tömegtört | móltört | mólarány | tömegkoncentráció | parciális nyomás | |
| I | fii | wi | yi | Yi | pi | ||
| N2 | 0,7809 | 0,755 | 0,7788 | 0,9758 | kg/m3 | 78915 Pa | |
| O2 | 0,2093 | 0,232 | 0,2117 | 0,2178 | 0,3 | kg/m3 | 21450 Pa |
| Ar | 0,00933 | 0,0128 | 0,0094 | 0,01663 | kg/m3 | 953 Pa | |
| CO2 | 0,00003 | 0,00046 | 0,00003 | 0,000059 | kg/m3 | 3 Pa | |
| 1 | 1 | 1 | - | 1,2925 | kg/m3 | 101325 Pa | |
| (A mólarány csak két komponensre értelmezhető. A fenti szám az oxigénnek a nitrogénre vonatkozó aránya) | kerevék sűrűség | atmoszférikus nyomás | |||||
Nem történt még eml1tés a térfogattörtről és a tömegkoncentrációról. A térfogattört értéke a legelső példa adataival, csak oxigénre és nitrogénre:
Ha ismerjük a komponensek vi fajlagos térfogatát és wi tömegtörtjét, a térfogattört (pl. oxigénre):
A roi tömegkoncentráció kifejezi azt, hogy egységnyi térfogatban az illető i komponens mekkora tömeggel szerepel. Pl. a táblázat adatai szerint egy köbméter száraz levegőben 0,01663 kg argon található. Mint a táblázat szemlélteti, a komponensek tömegkoncentrációinak összege a keverék sűrűség:
ezért a tömegkoncentrációt parciális sűrűségnek is nevezik.
Jelölje roo az oxigén sűrűségét (kis o betű az index) és roO a tömegkoncentrációját (nagy O betű az index).
Így a térfogattörtje
(a táblázatban kerekített adatok szerepelnek!)
A táblázat utolsó oszlopa a Dalton-törvényt
szemlélteti amely szerint a komponensek parciális
nyomásainak összege azonos az össznyomással,
A levegővel kapcsolatos számításokban nem használatos az anyagmennyiség-koncentráció (megengedett koncentrációnak nevezni). Példaképpen mégis megemlítjük; CO = 9,37 mol/m3 azt jelenti: 1 m3 levegőben 9,37 molnyi oxigén van.
Az SI mértékegység-rendszer szabályainak megfelelően tilos egyetlen mértékegységen belül kétszer is prefixumot használni. Ezért az osztó és szorzó mértékegységek szabályos jelölése lehet: kmol/m3, mol/dm3, mmol/m3, mikromol/m3. Nem szabad pl. mmol-t és dm3-t, vagy litert egyszerre használni!
Nem tárgyaltuk részletesen, de az eddigiekből nyilvánvaló: a gázelegyek jellemzőit a komponensek részarányával súlyozva számítjuk; például az elegy fajlagos hőkapacitását, illetve gázállandóját.
Vissza a termodinamika jegyzethez
Szerző: Zana János
1997 március 16