ایزوترم های یک گاز ایده آل

تحقیق رایگان سایت علمی و پژوهشی آسمان , تحقیقات دانش آموزی ، فرهنگیان و دانشجویان اقدام پژوهی گزارش تخصصی

تعیین ثابت گازها

در حجم ثابت، فشار مقدار معيني از يك گاز با دماي مطلق آن نسبت مستقيم دارد. يعنی به عبارت ديگر در حجم ثابت، نسبت فشار مقدار معيني از يك گاز به دماي مطلق آن مقداري ثابت است. ثابت عمومی گازها را (که به ثابت جهانی گازها٬ ثابت گاز ایده‌آل نیز مشهور است) یک ثابت فیزیکی است و و در معادله نرنست ٬معادله بولتزمن كه معادله گاز ایده‌آل SI نیز کاربرد دارد و مقدارش در واحدهای برابر است با

R = 8.314472(15) J · K^-1 · mol^-1

دو عدد درون پرانتز اعدادی هستند که درباره آنها شک و شبهه وجود دارد. و مقدار آن از طریق معادله گاز ایده‌آل بدست می آید.

ایزوترم های یک گاز ایده آل

گاز ایده‌آل یک تقریب از گازهای حقیقی است که برای مقاصد محاسباتی بکار می‌رود. گاز ایده‌آل به گازی گفته می‌شود که:بین ذرات آن نیرویی وجود نداشته باشد و تنها برهم‌کنش بین ذرات، برخورد صلب باشد.

گازهای حقیقی را در چگالی‌های پایین با تقریب خوبی می‌توان ایده‌آل فرض کرد

قانون بویل :

رابطه ی بین فشار و حجم یک گاز در 1662 میلادی توسط رابرت بویل ( Robert Boyle ) اندازه گیری شد . بویل متوجه شد که افزایش فشار وارد شده بر یک گاز با کاهش حجم آن متناسب است . اگر فشار دو برابر شود ، حجم به نصف کاهش می یابد . اگر فشار سه برابر شود ، حجم به یک سوم حجم اولیه اش می رسد . قانون بویل می گوید که در دمای ثابت ، حجم گاز با فشار رابطه ی عکس دارد.

قانون گازهای ایده آل

در دما و فشار ثابت حجم یک گاز با تعداد مول های آن نسبت مستقیم دارد . حجم یک مول گاز نصف حجم اشغال شده توسط 2 مول گاز می باشد .

جذب سطحی اسید استیک روی زغال فعال

در عمليات جذب سطحي انتقال يك جز از فاز گاز يا مايع به سطح جامد صورت ميگيرد از كاربردهاي اين فرايند مي توان به رنگبري شربت قند و تصفيه روغنهاي صنعتي ياخوراكي و حذف مواد آلاينده از هوا يا مخلوط گازهاي ديگر اشاره كرد.

واژه جذب سطحي براي تشريح اين حقيقت به كار مي رود كه غلظت مولكولهاي جذب شده در سطح تماس جامد بيشتر از فازگاز يا محلول است .جذب روي يك سطح جامدبه علت نيروي جاذبه اتم ها يا مولكولها در سطح آن جامد است در عمل جذب سطحي

نيروهاي مختلفي اعم از فيزيكي و شيميايي موثرند و مقدار آن بستگي به طبيعت ماده جذب شده وجسم جاذب دارد و به اين دليل مي توان مثلا ماده اي را كه در يك مخلوط وجود دارد را جدا نمود چند مثال که در ادامه بيان شده است نمايانگر طبيعت عمومي جداسازي ها خواهد بود وکاربرد هاي اصلي آن را نشان مي دهد در حالت جداسازي هاي گازي از فرآيند جذب ، در رطوبت زدائي ها هوای خشک وديگر گازها ،بوزدائي و جداسازي ناخاليصيها از گازهاي صنعتي مثل دي اکسيد کربن ، بازيابي حلالهاي پرارزش از مخلوط رقيق آنها با هوا يا گازهاي ديگر، و جداسازي مخلوطي از هيدروکربن هاي گازي مانند مخلوطي از متان ، اتيلن ، اتان ، پروپيلن وپروپان استفاده مي شود. از فرآيندهاي جداسازي مايع مي توان رطوبت زدائي بنزين، رنگ زدائي محصولات نفتي و محلولهاي آبکي قندي، بوزدائي و طعم زدائي آب، و جداسازي

هيدروکربن هاي آروماتيکي و پارافيني ، را نام برد . که هرکدام از اين موارد در صنعت کاربرد وسيعی داشته و بنا به مورد و شرايط محدوده کاری از آن استفاده می شوداين عمليات ها همه از اين جهت مشابه هستند که در آنها مخلوطي که بايد تفکيک شود بايک فاز نامحلول ديگر تماس حاصل مي نمايد( مانند جاذب جامد) و پخش نامساوي مواد اوليه بين فاز جذب شده ر وي سطح جامد و توده سيال موجب جداسازي مي شود دو مكانيزم اصلي براي جذب سطحي وجود دارد:

۱.جذب فيزيكي

۲.جذب شيميايي

جاذبها :

جامدي كه بر روي سطح آن جذب اتفاق مي افتد جاذب يا سوسترا مي نامند مايع جذب شده را مجذوب مي نامند .جذب سطحي بر روي سطح مشترك جامد مايع به وقوع مي پيوندد جامدهاي جاذب معمولا به شکل گرانول ( ذرات کروی شکل با قطر چند ميلی مترمصرف مي شوند و اندازه آنها از ۱۲ ميليمتر قطر تا ۵۰ ميکرومتر متغير است. جامدها بايد بر اساس کاربرد و موقعيت مصرف داراي بعضي خواص مهندسي باشند. براي مثال اگر ازآنها در يک بستر ثابت با جريان گاز يا مايع استفاده مي شود، نبايد اختلاف فشار زيادي ايجاد کنند و همچنين نبايد توسط جريان سيال به خارج حمل شوند. آنها بايد از مقاومت و سختي خوبي برخوردار باشند تا در اثر حمل و نقل و همچنين در اثر وزن خود در بسترخرد نشوند. در صورتيکه بخواهيم آنها را از ظروف نگهداري به داخل و خارج انتقال دهيم، بايد به راحتي جريان پيدا کنند. اينها خواصي هستند که به راحتي شناخته مي شوندخاصيت جذب جامدها يک مسئله ديگر است. جذب يک پديده عمومي است و تمام

جامدها، گازها و بخارات را مقداري جذب مي کنند. ولي در اهداف صنعتي تنها بعضي جامدات ظرفيت جذب لازم را دارند. پس جامداتي که داراي خاصيت جذب بسيار ويژه اي هستند و به مقدار زياد جذب انجام مي دهند، طبيعت شيميايي آنها با خواص جذب رابطه دارد. ولي صرف شناسايي شيميايي، براي مفيد بودن آن کافي نيست. براي مثال استخراج، تمام نمونه هاي خالص بوتيل استات که اسيد استيک را از آب استخراج مي نمايند داراي قدرت يکسان هستند. اين حالت براي خواص جذبي سيليکاژل نسبت به بخار آب صادق نيست. اين خواص جذبي بيشتر بستگي به روش ساخت ماده و سابقه

جذب و دفع مواد روي آن دارد ذغال هاي رنگ براين مواد به شکل هاي مختلف ساخته مي شود۱) مخلوط کردن مواد گياهي با مواد معدني مانند کلريد کلسيم، کربنيزه کردن، وشست شوي مواد معدني۲) مخلوط کزدن موادآلي مانند خاک اره با مواد متخلخل مثل سنگ آتشفشاني(سنگ پا) و حرارت دادن و کربنيزه کردن تا زماني که مواد کربني در سطح مواد متخلخل رسوب نمايند

۳) کربينزه کردن چوب، خاک اره، و مشابه آن وفعال سازي با هواي داغ يا بخار، ازليگنيت و ذغال بيتومينوس به عنوان مواد اوليه استفاده مي شود. از اين مواد براي اهداف زيادي مانند رنگ زدائي محلولهاي شکر، مواد شيميايي صنعتي، داروها و مايعات خشک شوئي، تصفيه آي، تصفيه روغنهاي گياهي و حيواني، و در بازيابي طلا و نقره از محلولهاي سيانور حاصل از شستشوي سنگ معدن، استفاده مي شود.

اين ماده گرانولي و سخت است و داراي تخلخل زيادي است و از ژل رسوب شده توسط واکنش بين اسيد و محلول سيليکات سديم بدست مي آيد. مقدار رطوبت آن قبل از استفاده، از ۴ تا ۷ درصد متغير است و معمولا براي خشک کردن هوا و گازهاي ديگر، در ماسکهاي ضد گاز، و براي تفکيک هيدروکربنها به کار مي رود. اين ماده با تبخير ترکيب جذب شده براي مصرف مجدد آماده مي شود. وقتي که يک جاذب جامد در داخل يک مايع خالص غوطه ور مي شود، ايجاد حرارت که بنام حرارت خيس شدن معروف است، نشاندهنده جذب مايع است. اما غوطه ور سازي راه موثري براي اندازه گيري مقدار جذب نيست. تغيير حجم قابل ملاحظه اي براي اندازه گيري جذب شده رخ نمي دهد و بيرون آوردن و وزن کردن آن نيز تفاوت بين مايع جذب شده و مايع که به صورت همراه آمده را به دست نمي دهد. اين مسئله در جذب سطحي گازها وجود ندارد، و تغيير وزن جامد بر اثر جذب قابل اندازه گيري است.

نتيجه گيري :

در فشارهاي متوسط و رو به پايين جذب معادله همدماي فروندليچ بهتر از معادله همدما لانگ موير ميزان جذب را پيش بيني مي كند در جرم جاذب ثابت تنها با افزايش اسيد ميزان جذب در فشار ثابت افزايش مي يابد .

منابع:

عمليات واحد مهندسی شيمی ‐ مک کيب ، اسميت ، هريوت

شيمي فيزيك ‐ اتكينز – پي – دبليو

شيمي فيزيك‐آلبرتي

مولکول های سیال در دیدگاه میکروسکپی دارای انرژی های متفاوتی هستند. بعضی از مولکول ها انرژی بیشتری از انرژی متوسط مولکولی دارند و بعضی دیگر انرژی کمتری خواهند داشت. نحوه توزیع انرژی در بین مولکول های سیال از قانون توزیع ماکسول – بولتسمن پیروی می کند. در یک مایع طبق این قانون عده کمی از مولکول ها وجود دارند که دارای انرژی نسبتاً زیادی هستند که در داخل مایع در حال حرکت هستند که جهت این حرکت ها به صورت اتفاقی است. اگر حرکت این مولکول ها به سمت سطح مایع باشد

به دلیل انرژی زیاد این مولکول ها از مایع خارج شده به فاز گازی شکل می روند. اگر در ظرف درب بسته ای مقداری مایع بریزیم در اثر گذشت زمان تعدادی از مولکول های مایع وارد فاز گازی شکل شده و تعادلی بین مولکول ها در فاز گازی و مایع به وجود می آید. در این شرایط تعداد مولکول های وارد شده به گاز و برگشت خورده از گاز به مایع یکسان است. مولکول های موجود در فاز گازی شکل فشاری به دیواره ظرف وارد می کند که به فشار بخار مایع موسوم است. فشار بخار یک مایع علاوه بر ماهیت جسم به دمای محیط

نیز بستگی دارد. روش های مختلفی برای به دست آوردن فشار بخار مایع وجود دارد که در همه این روش ها وجود تعادل بین مایع و بخار فرضی اساسی است. یکی از این روش ها استفاده از حباب دوما است که در اینجا مورد آزمایش قرار می گیرد.