11: gazlarni tezligi va hajmini aniqlash usullari
Download 23.99 Kb.
|
Gazlarni tezligi va hajmini aniqlash usullari
11: GAZLARNI TEZLIGI VA HAJMINI ANIQLASH USULLARI Gaz analizi — analitik kimyoning bir sohasi. Bunda gaz aralashmalarining tarkibi sifat va miqdor jihatdan aniklanadi. Gaz aralashmasini analiz qilishda kimyoviy, fizik-kimyoviy va fizik usullar qoʻllaniladi. Kimyoviy reaksiyalarga asoslangan usulda gaz aralashmasida qanday moddalar borligini bilish uchun u maxsus reagentlar (yoki reagent shimdirilgan qogʻozlar)dan oʻtkaziladi. Mac, gaz aralashmasida vodorod sulfid borligini bilish uchun aralashma qoʻrgʻoshin atsetat eritmasi (yoki oʻsha eritma shimdirilgan qogʻoz)dan oʻtkaziladi. Aralashmada vodorod sulfid boʻlsa, reagent (yoki qogʻoz) qorayadi. Gazlar miqdorini aniqdash uchun aralashma yutuvchi moddalar solingan maxsus idishlardan oʻtkaziladi. Eritma solingan idishning tajribadan avvalgi va keyingi ogʻirligi solishtirilib, yutuvchi moddaga qancha gaz yutilganligi aniklanadi. Metallurgiya, kimyo sanoati va neftni qayta ishlash sanoatida yonish jarayonlarini nazorat qilishda maxsus adsorbsion yoki absorbsion xromatograf qurilmalaridan foydalaniladi. Tarkibi nomaʼlum gaz aralashmasi analiz qilinishi uchun maʼlum hajmli maxsus idishlardan avtomatik gaz analizi yurituvchi biron bir sof inert gaz (maye, N2, Ne, Ag)da suyultirilib tarkib va koʻrsatgichlari oldindan maʼlum boʻlgan sorbentlardan oʻtkaziladi. Tabiiyki turli yutilish hajm va sifat koʻrsatkichlarga ega boʻlgan har bir gaz boshqalari bilan aralashmalarda vaqg va hajm birligi miqdorida ushbu sorbentdan ajralib toʻxtalib oʻtadi va sezgir qurilmalardan oʻtganda bajaruvchi mexanizmlar oʻta aniqpik bilan uni yozib oladi. Zamonaviy xromatograflar EHM yordamida mukammallashgan boʻlib, ular gazlar yordamida gaz va uglevodorodlar aralashmalarini 0,1—1,0% gacha aniqlik bilan analiz qilish imkoniyatini beradi (qarang Gaz analizatori). Gaz aralashmasini aniqlash uchun usulni tanlash gaz aralashmasining taxminiy tarkibiga bogʻliq. Fan va texnikada gaz analizi usulining aniklik, sezgirlik darajasi va aniqlanish tezligi muhim ahamiyatga ega. Gazlar tekshirish uchun eng oddiy obyekt bolganligi sabab li, ularning xossalari va gazsimon moddalar orasidagi reaksiyalareng toliq o‘rganilgan. Gazlar — modda holatlaridan biri. Har bir modda temperatura va bosim oʻzgarishiga qarab qattiq, suyuq va gaz holatda boʻladi. Mac, suv qattiq (muz), suyuq (suv) yoki gaz (bugʻ) holatda boʻlishi mumkin. Gaz molekulalari siqiluvchan, harakatchan, zichligi juda kichik, birbiri bilan tez aralashadi. Gaz tashqi taʼsir boʻlmaganda idish hajmining hammasini egallaydi. Gaz molekulalari orasidagi tortishish kuchi qattiq va suyuq jism molekulalarinikidan ancha kichikdir. Normal sharoit (273, 15K temperatura va 1,01 105 Pa bosim)da Gaz zichligi suyukliklar zichligiga nisbatan 1000 baravar kam yoki gaz molekulalari orasidagi masofa suyuqliklarnikiga nisbatan 10 baravar katta boʻladi. Shunday boʻlsa ham normal sharoitda 1 sm3 gazda 310" dona molekula bor. Gaz uchta kattalik: bosim (r), hajm (V) va temperatura (T) bilan ifodalanadi. Bu kattaliklar maʼlum boʻlsa, gaz holatini aniqlash mumkin. r, V va T kattaliklarning oʻzgarishi bir-biriga bogʻliq. Holatining oʻzgarishiga qarab, Gaz har xil xususiyatli boʻladi. Mas, kuchli siqilgan gazning fizik xususiyatlari normal bosimdagi gaznikidan farq qiladi. Normal bosim va temperaturadagi Gaz holati Klapeyron tenglamasi ifodalanadi Bu tenglamada molekulalarning oʻzaro taʼsir kuchi va xususiy hajmi hisobga olinmagan, shuning uchun bu qonunga boʻysunuvchan Gaz ideal Gaz deyiladi. Tabiatda ideal Gaz yoʻq, lekin normal sharoitdagi va yana ham yuqori temperatura va past bosimdagi Gazga Klapeyron tenglamasini tatbiq qilish mumkin. Bosim juda yuqori va temperatura juda past boʻlgan sharoitda Van-der-Vaals tenglamasi R + -jkW ‘ b) = f RT tatbiq qilinadi. Bunda Pi = -^g — molekulalarning oʻzaro taʼsiridan paydo boʻlgan ichki bosim, — molekulalarning xususiy hajmi; a — berilgan Gaz uchun oʻzgarmas kattalik. Van-der-Vaals tenglamasiga boʻysunuvchi Gaz real Gaz deyiladi. Normal sharoitda Gazda issiqlik oʻtkazuvchanlik, diffuziya hodisalari va boshqa ichki hodisalar kuzatiladi. Bu hodisalar molekulalarning doimo tartibsiz harakati va bir-biri bilan toʻqnashuvi natijasidir Normal sharoitda Gaz oʻzidan elektr toki oʻtkazmaydi, lekin bosim va temperaturaning oʻzgarishi bilan G.ning bu xususiyati oʻzgaradi. Har qaysi real gaz oʻziga xos kritik temperatura (Tk) gacha sovitilganda suyuqlikka aylanadi. Mas, suv uchun Tk=374,2°K, shunda suv bugʻ holatida, kislorod uchun TK=91,14°K, shunda u gaz holatida boʻladi va h.k. Gazning barcha turlari moddiy dunyoning ham energetik boshqaruvchisidir, chunki kislorod-azot Gaz aralashmasi yoqilgʻilarni (ichki energiyasi moʻl moddalar majmuasi) turli sohalarda yoki umuman tabiatda yonishi (vulkanlar harakati, katta oʻrmon hududlarining oʻt olishi va boshqalar) maʼlum darajada planetamizning hozirgi energetik holatini ham boshqarib turadi. G.ning noyob oksidlanish va oksidlash, yoqish va yondirish, portlash va portlatish xossalaridan hayotimizda, xalq xoʻjaligida, texnikada va ulkan hajmdagi loyihalarni amalga oshirishda foydalaniladi. G. chiroklari, lampalari, alangalatkichlari, oʻchoqlari, kavsharlagichlari, yoritkichlari, turbinalari, isitkichlari, dvigatellari, kondensatorlar, sovitgichlar, ochgichlar, turbinali elektr stansiyalar, turbinali avtomobillar, lokomativ turbovozlari, lazerlari va boshqa taraqqiyotning asosiy mohiyatini belgilaydi. Bunda yuqorida keltirilgan aynan Gazdan tashqari neftni qayta ishlash, yoʻlakay, tabiiy yonuvchan (metan, etan, propan, butan) G.dan amalda keng foydalaniladi Neftni qayta ishlash G.i neftning termokrekingi yoki haydash mahsulotlarining katalitik krekingi, pirolizi hamda katalitik gidrogenlashdan hosil boʻladi. Neftning tezlik krekingidan hosil boʻladigan Gaz tarkibi aynan olingan neft turiga, chuqur kimyoviy qayta ishlanganda esa jarayonlar olib borish usullari va sharoitlariga bogʻliq boʻladi Neftni chuqur kimyoviy qayta ishlash jarayonida Gaz tarkibida toʻyinmagan G. ham hosil boʻladi. Bu Gaz sanoatda organik va neft-kimyoviy sintezlarda yarim mahsulot yoki monomerlar sifatida koʻp qoʻllaniladi. Respublikamizda Koʻkdumaloq "neft-gazokondensat-gaz" konida yoʻlakay Gazdan foydalanish tajribadan oʻtmoqda. Bu Gaz tarkibida metan — 89%, etan — 0,3%, propan — 0,2%, butanlar — 0,6%, Gaz kondensati — 6—7% va boshqa Gaz (N2, CO2, H2S) - 1,2% boʻladi. Gaz sanoatda keng ishlatiladi. Fransuz olimi J.L.Gey-Lyussak hajmiy nisbatlar qonunini aniqladi: reaksiyaga kirishayotgan gazlarning hajmlari bir xil sharoitda (temperatura va bosimda) bir-biriga oddiy butun sonlar nisbatida boladi. Masalan, 1 1 xlor 1 1 vodorod bilan birikib, 2 1 vodorod xlorid hosil qiladi; 2 1 oltingugurt (IV) oksid 1 1 kislorod bilan birikib, 2 1 oltingugurt (VI) oksid hosil qiladi. Bu qonun Italiya olimi A.Avogadroga oddiy gazlarning (vodorod, kislorod, azot, xlor va boshqalar) molekulalari ikkita bir xil atomlardan tarkib topgan, deb taxmin qilishga imkon berdi. Vodorod bilan xlorning birikishida ularning molekulalari atomlarga ajraladi va bu atomlar vodorod xlorid molekulalarini hosil qiladi. Gazning molyar hajmi — bu modda hajmining shu moddaning miqdoriga nisbatidir: Vm=V/n bunda Vm — gazning molyar hajmi (o‘lcham birligi m3/mol yoki l/mol); V— sistemadagi moddaning hajmi; n — sistemadagi moddaning miqdori. Yozuvga misol: gazning Lm(n.sh.)=22,4 1/mol. 1860-yilda kimyogarlarning Karlsruedagi Xalqaro syezdida Avogadro ta’limoti umum tomonidan e’tirof etildi. Syezd atom-molekular ta’limotning rivojlanishiga kuchli turtki boldi. Lekin bu ta’limot D.I.Mendeleyev kimyo viy elementlarning davriy qonunini kashf etgandan keyin, ayniqsa tezrivojlandi. Avogadro qonuni asosida gazsimon moddalarning molyar mas salari aniqlanadi. Gaz molekulalarining massasi qancha katta bo‘lsa, bir xil hajmdagi gazning massasi shuncha katta boladi. Gazlarning teng hajmlarida bir xil sharoitda molekulalar soni, binobarin, gazlarning mollar soni bir xil boladi. Gazlarning teng hajmlari massalarining nisbati ularning molyar massalarining nisbatiga teng: m1: m2=M1 : M2 bunda: m1— birinchi gaz muayyan hajmining massasi, m2 — ikkinchi gaz xuddi shunday hajmining massasi, M1 va M2 — birin chi va ikkinchi gazning molyar massalari. Bir gaz muayyan massasining xuddi shunday hajmdagi ik kinchi gaz (o‘sha sharoitlarda olingan) massasiga nisbati birinchi gazning ikkinchi gazga nisbatan zichligi deyiladi va D harfi bilan belgilanadi: M1/M2 = D, bundan M1=M2D Odatda, gazning zichligi eng yengil gaz — vodorodga nisbatan aniqlanadi (DH bilan belgilanadi). Vodorodning molyar massasi 2,016 g/molga yoki taqriban 2 g/molga teng. Shu sababli quyida gini olamiz: M=2DHi Moddaning gaz holatidagi molyar massasi uning vodorod bo‘yicha zichligining ikkiga ko‘paytirilganiga teng. Gazsimon moddalar bilan bog‘liq hisoblashlarga doir kimyoviy masalalarni yechish uchun ko'pincha maktab fizika kursida o'rganiladigan gaz qonunlaridan foydalanishga to‘g‘ri keladi. Ularni bu yerda batafsil ko‘rib o‘tirmay, ta’riflarini va hisoblashlar uchun zaruriy formulalarni keltirish bilan kifoyalanamiz. Boyl-Mariott qonuni: berilgan miqdordagi gaining о‘zgarmas tempe raturadagi hajmi shu gazning bosimiga teskari proporsionaldir. Bundan: PV=const bu yerda p — bosim, V — gazning hajmi. Gey-Lyussak qonuni: о‘zgarmas bosimda gaz hajmining o‘zgarishi temperaturaga to'g'ri proporsional, ya’ni VT=const, bu yerda T— temperatura, К (Kelvin) hisobida. Boyl-Mariott bilan Gey-Lyussakning birlashgan gaz qonuni: pV/T= const. Bu formula odatda gazning biror boshqa sharoitdagi hajmi ma’lum bo'lganda uning berilgan sharoitdagi hajmini hisoblab topish uchun ishlatiladi. Agar normal sharoitdan boshqa sharoitga (yoki normal sharoitga) o'tiladigan bo‘lsa, u holda bu formula quyidagicha yoziladi: PV/T= PoVo/To bu yerda: P0, V0, T0 - gazning bosimi, hajmi va normal sharoitdagi (P = 101 325 Pa, T=212 K) temperaturasi. Agar gazning massasi yoki miqdori ma’lum bo'lib, uning hajmini hisoblab topish zarur bo‘lsa, u holda Mendeleyev-Klapeyron tenglamasidan foydalaniladi: pV=nRT, bu yerda: n—gazning mollar soni, m - massasi (g), M — gazning molyar massasi (g/mol), R - universal gaz doimiysi. R=8,31 J (mol K)1 Avgoadro qonuni va soni Italyan fizigi va kimyogari Amedeo Avogadro (1776-1856) Turin shahrida tug‘ilgan. U yuridik ma'lumot oldi. Biroq, tabiiy fanlarga qiziqishi va moyilligi uni fizika va matematikani mustaqil o‘rganishga undadi. 1806-yildan u Turindagi universitet litseyida fizikadan dars bera boshladi. 1820-yilda esa Turin universitetining matematik fizikadan professori bo‘ldi. Avogadroning ilmiy ishlari fizika va kimyoning turli sohalariga bag‘ishlangan. 1811-yilda o‘zining oddiy gazlarning molekulalari bitta yoki bir nechta atomdan tashkil topgan, degan gipotezasini olg‘a surdi. Shu asosda u ideal gazlarning asosiy qonunlaridan birini ta'rifladi, bu qonun Avogadro qonuni deb nom oldi. Bu qonun shunday ta'riflanadi: «Teng hajmdagi istagan gazda bir xil sharoitda molekulalar soni bir xil bo‘ladi». (Bir xil sharoit deganda bir xil temperatura va bosim nazarda tutiladi). Avogadro qonuni keyinchalik atom-molekulyar ta'limotni rivojlantirgan asoslardan biri bo‘ldi. Bu qonundan gazlarning bir xil tashqi sharoitda o‘lchangan zichliklari nisbati ularning molyar massalari nisbati kabi bo‘lishi kelib chiqadi. Agar biror gazning molyar massasini birlik uchun qabul qilsak (odatda, uglerodning 1/12 mol massasi), gazlarning zichliklarini bilgan holda ularning nisbiy molyar massalarini hisoblab topish mumkin. Keyinchalik fizik kimyo asoschilaridan biri - niderland olimi Vant- Goff quyidagi o‘xshashlikka asoslanib, ideal gaz qonunlarini suyultirilgan eritmalarga tatbiq qildi: «Gaz bo‘sh fazoda butun hajmni egallab tarqalgani singari, eritilgan modda eritkichning butun hajmi bo‘yicha tarqaladi». Vant-Goff gaz o‘zi joylashgan idishning devorlariga bosim bergani kabi, eritilgan modda ham o‘ziga xos bosim xosil qilishini ko‘rsatdi; bu bosimni u osmotik bosim deb atadi. Osmotik bosim biz eritkichni olib tashlab, eritilgan modda o‘shanday hajmni gaz shaklida to‘ldirganda kuzatilishi mumkin bo‘lgan gaz bosimiga tengdir. Shunday qilib, biror eritkichdagi ma'lum bir moddaning osmotik bosimini o‘lchab, bu moddaning gazsimon holatidagi zichligini bilish va Avogadro qonuni yordamida uning molekulyar massasini hisoblash mumkin. Shu tarzda gazsimon holatida hosil qilish qiyin yoki mumkin bo‘lmagan moddalarning, masalan, qandning molekulyar massasini aniqlash mumkin bo‘ldi. 0,012 kg uglerodda nechta atom bo‘lsa, shuncha molekulaga ega bo‘lgan mazkur modda miqdori mol deyiladi. Bu holda Avogadro qonunini bunday ta'riflash ham mumkin: «Istagan moddaning bir moli tarkibida ayni bir xil sondagi molekulalar bo‘ladi». Bu son Avgoadro soni deb nom oldi. U 6,02·10-23 mol-1 ga teng. Avogadro soni turli usullar bilan aniqlanadi, ularning ba'zilari broun harakatish o‘rganishga asoslangan. Avogadro qonunining ikkinchi ta'rifi faqat gazlar uchungina emas, balki suyuqlik va qattiq jismlar uchun ham o‘rinlidir. Avogadro sonini bilish mikrodunyoning ko‘lami, molekulalarning o‘lchamlari haqida tasavvur beradi. 1 sm suvni olaylik; uning massasi 1 g, u suvning 1/18 moliga teng; demak, 1 sm3 suvda (6.02/18)·1023=3.34·1022 suv molekulasi bor ekan. Binobarin, bir molekulaning hajmi 1/(3.34·1022)=3.23·10-3 sm3 Suyuklikda molekulalar zich joylashgan deb hisoblansa, mol?kulaning chiziqli o‘lchami, ya'ni hajmining kub ildizdan chiqarilgan kattaligi taxminan 3·10-10 metr bo‘ladi. Yoki, 0,3 nm ga teng. Boshqa atom va molekulalarning chiziqli o‘lchamlari ham nanometrning o‘ndan bir necha ulushlari tartibidagi kattaliklardir. Optik mikroskopda kuzatish mumkin bo‘lgan eng kichik zarrachalar mikrometrning o‘ndan bir necha ulushiga teng o‘lchamlarga ega bo‘ladi, ya'ni ularda taxminan 10 mlrd. atom bor. Biroq elektron mikroskop va boshqa ba'zi asboblar (masalan, ionli proeketor) yordamida yakka atomlarni kuzatish mumkin. Molar gaz hajmi: Avogadro qonuni: bir xil sharoitda (harorat va bosim) har xil gazlarning teng hajmlari bir xil miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi. (1811, italiyalik olim Amedeo Avogadro) Avogadro qonunidan kelib chiqadigan oqibatlar: xulosa: Bir xil sharoitda har xil gazlarning bir xil miqdordagi molekulalari bir xil hajmni egallaydi. Shunday qilib, (n.u.) da 6,02 1023 molekulalar (1 mol) har qanday gaz va har qanday gaz aralashmasi 22,4 litrga teng hajmni egallaydi. Ushbu hajm molyar hajm deb ataladi va Vm bilan belgilanadi. Molyar hajm - bu normal sharoitda gazlar uchun doimiy qiymat (n.a.): Avogadro qonuni Amadeo Avogadro 1811 yilda. keyinchalik tajriba ma'lumotlari bilan tasdiqlangan va shuning uchun Avogadro qonuni sifatida tanilgan farazni ilgari surdi: Bir xil sharoitda (harorat va bosim) har xil gazlarning bir xil hajmlari bir xil miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, Avogadro Gay-Lyussakning volumetrik munosabatlar qonuni va Dalton ta'limoti o'rtasidagi ziddiyatni materiyaning turli shakllari sifatida molekula va atom tushunchasini kiritish orqali osonlikcha yo'q qilinishini ta'kidladi. Gay-Lyussak qonuni - bu gaz hajmidagi atomlar emas, balki molekulalar soni haqidagi qonun. Avogadro oddiy gazlarning molekulalari ikkita bir xil atomlardan iborat deb taxmin qildi. Shunday qilib, vodorod xlor bilan birikganda ularning molekulalari vodorod xloriddir. Bir molekula vodorod va bitta xlor molekulasidan ikki molekula vodorod xlorid hosil bo'ladi. H2 + Cl2 = 2HCl. Avogadro qonunidan muhim oqibat kelib chiqadi: xuddi shu sharoitda 1 mol gaz bir xil hajmni egallaydi. 1 litr gazning massasi ma'lum bo'lsa, bu hajmni hisoblash oson. Oddiy sharoitlarda (1 ° K (273 ° C) haroratda va 0 atm bosimda) 1 litr kislorod massasi 1,429 g ekanligi eksperimental ravishda aniqlandi. Shuning uchun, ushbu sharoitda 1 mol egallagan hajm quyidagiga teng: Bir mol gaz hajmi molyar hajm (VM) deb ataladi va gaz hajmining modda miqdoriga nisbatiga teng: VM = V / # 957;. N da har qanday gazning molyar hajmi. da. (normal daraja) 22,4 litrni tashkil qiladi. VM = 22,4 litr. Agar Mr (H2O) = 18, ap (H2O) = 1 g / ml bo'lsa, u holda Vm (H2O) = 18 ml. Gaz molekulalarining tezligi: Shtern tajribasi 1920 – yilda birinchi bo’lib tajribada molekulalarning ilgarilanma xarakat tezligini nemis fizigi O. Shtern aniqladi. Shtern tajribasi quyidagicha. Shternning molekulalar tezligini aniqlash uchunfoydalangan qurilmasi 4 arasmda ko’rsatilgan. U ikkita silindrdan iborat bo’lib, tashqi silindr katta burchak tezlik bilan aylanadi. Ichki silindr markazida kumush sim o’tkazil- 8 Abduhamidov F.A. gan. Sim qizdirilganda, undan kumush atomlari uchib chiqadi. Bu qurilma vakumli kameraga joylashtirilgan holda tajribalar olib boriladi. Agar kumush simni qizdirsak, undan kumush atomlari bug’lanib chiqib, 4 b-rasmdagidek ichki silindr tirqishidan chiqib tashqi silindrdagi A nuqtaga borib o’tiradi. Agar tashqi silindrni ma’lum burchak tezlik bilan aylantirsak (shtern tajribasida aylanish chastotasi ν=1500 s-1 ga teng bo’lgan), biroz vaqtdan so’ng, kumush atomlari υ tezlik bilan harakatlanib, silindrlar orasidagi masofa (R2-R1) ni bosib o’tadi R R 2 1 t , A nuqta esa 2 s R t 2 masofani bosib o’tib B nuqtaga ko’chadi(4 v-rasm). Bundan molekulalarning o’rtacha harakat tezligini aniqlash mumkin. 2 R R R 2 1 2 s Tajribalardan birida kumush molekulalarining ilgarilanma xarakat tezligi 500 m/s bo’lishi aniqlandi. Xuddi shunga o’xshash tajribada kumush atomi 600 m/s tezlik bo’yicha xarakatlandi. Xona temperaturasida kislorod va azod molekulalari esa 400 – 500 m/s tezlik bilan, vodorod molekulalari esa 1600 – 2000 m/s tezlik bilan xarakatlanadi. Molekulalar- ning ilgarilanma xarakat tezligining keltirilgan aniq qiymatini yodda saqlash kerak emas: faqatgina ular sekundiga yuz metr tartibida ekanligini yodda saqlash kifoya. Ov miltig’idan otilgan pitra xuddi shunday tezlikka ega bo’ladi. Gazlarning molekulyar massalarini aniqlash: 1.Gaz moddaning molekulyar massasini aniqlash Avogadro qonuniga asoslanadi. 1 mol gaz normal sharoitda 22,4l hajmni egallaydi. Agar biz ma’lum hajmdagi gazning ma’lum harorat va ma’lum bosimda massasini bilsak, uning molekulyar massasini hisoblab chiqara olamiz. 1 l Cl gazi 3,16 g kelsa 22,4 l [ g keladi x= 70,78 g= 71 g , bu Cl ni molekulyar massasini ko’rsatadi. 2.Gazning molekulyar massasi aniq bo’lgan boshqa gazga nisbatan zichligi ma’lum bo’lsa, uning molekulyar massasini quyidagi formula bo’yicha hisoblab topish mumkin. Bunda odatda gazning havo va vodorodga nisbatan zichliklari olinadi. M gaz = M havo * D havo 3.Gazning ma’lum sharoitdagi massasi, hajmi, bosimi va harorati ma’lum bo’lsa, Mendeleev-Klayperon tenglamasidan foydalanib uning molekulyar massasi hisoblab chiqariladi. mRT M = ----- PV Download 23.99 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling