Conţinut

• Pași
• Sfat
• Avertizare
• De ce ai nevoie

În chimie, „presiunea parțială” este presiunea fiecărui gaz din amestecul de gaze care acționează asupra mediului înconjurător, cum ar fi un rezervor de gaz eșantionat într-un laborator, un rezervor de gaz pentru scafandri sau spațiul înconjurător. atmosfera. Puteți calcula presiunea fiecărui gaz din amestec dacă îi cunoașteți masa, volumul și temperatura. Apoi adăugați presiunile parțiale pentru a obține presiunea totală a amestecului de gaze sau găsiți mai întâi presiunea totală și apoi găsiți presiunea parțială.

Pași

Partea 1 din 3: Înțelegerea proprietăților gazului

1. 

   Tratați fiecare gaz ca pe un gaz „ideal”. În chimie, gazul ideal este unul care interacționează cu alte gaze fără a fi atras de moleculele lor. Moleculele de gaz se pot ciocni între ele și pot sări ca bilele de biliard fără deformare.
   • Presiunea unui gaz ideal crește pe măsură ce este comprimat într-un spațiu mai mic și scade pe măsură ce se dispersează într-un spațiu mai mare. Această relație este cunoscută sub numele de Legea lui Boyle (numită după omul de știință Robert Boyle). Formula matematică arată că această relație este k = P x V, sau mai simplu k = PV, unde k este o relație constantă între presiune și volum, P este presiune și V este un corp. zonă.
   • Problemei i se poate da presiunea într-una din multele unități diferite. În care pascal (Pa) este definit ca forța unui newton care acționează asupra unui metru pătrat. O altă unitate este atmosfera (atm), care este definită ca presiunea atmosferei terestre la o altitudine egală cu nivelul mării. Presiunea de 1 atm este de 101.325 Pa.
   • Temperatura gazului ideal crește pe măsură ce volumul crește și scade pe măsură ce volumul scade. Această relație este cunoscută sub numele de Legea lui Charles (numită după omul de știință Jacques Charles). Formula matematică pentru aceasta este k = V / T, unde k este relația constantă dintre volum și temperatură, V este volum și T este temperatură.
   • Temperatura gazului din această ecuație este calculată în grade Kelvin și grade Kelvin adăugând grade Celsius cu 273.
   • Aceste două relații pot fi combinate într-o singură ecuație: k = PV / T sau pot fi scrise ca PV = kT.

2. 

   
   
   Definește unitatea de masă utilizată pentru măsurarea gazului. Gazul are atât masă, cât și volum. Volumul se măsoară de obicei în litri (l), dar există două mase de gaz.
   • Masele convenționale sunt măsurate în grame sau, dacă masa este suficient de mare, în kilograme.
   • Deoarece majoritatea gazelor sunt adesea atât de ușoare, ele sunt, de asemenea, măsurate cu o altă formă de masă numită masă molară sau masă molară. Masa molară este definită ca suma masei atomice a fiecărui atom din compoziția gazului, cu masa fiecărui atom în comparație cu masa carbonului (valoarea 12).
   • Deoarece atomii și moleculele sunt atât de mici de calculat, masa gazului este definită în moli. Numărul de moli dintr-o cantitate de gaz poate fi calculat prin împărțirea masei gazului la masa sa molară și se notează cu litera n.
   • Putem înlocui orice constantă din ecuația gazului cu produsul lui n, numărul de moli și o nouă constantă R. Avem acum ecuația nR = PV / T sau PV = nRT.
   • Valoarea R depinde de unitatea utilizată pentru măsurarea presiunii, volumului și temperaturii gazului. Dacă volumul este în litri, temperatura în grade Kelvin și presiunea în atmosfere, aceasta este 0,0821 L atm / K mol. Puteți scrie, de asemenea, 0,0821 L atm K mol pentru a evita să folosiți linia diviziunii în unități de măsură.

3. 

   
   
   Legea presiunii parțiale a lui Dalton. Această lege a fost propusă de chimistul și fizicianul John Dalton, care a prezentat pentru prima dată conceptul de element chimic format din atomi. Legea lui Dalton afirmă că presiunea totală a amestecului de gaze este presiunea totală a fiecărui gaz din amestec.
   • Legea lui Dalton poate fi scrisă în ecuația de după P_total = P₁ + P₂ + P₃ ... cu cantitatea de presiune P egală cu numărul de gaze din amestec.
   • Ecuația legii lui Dalton poate fi dezvoltată atunci când avem de-a face cu gaze a căror presiune parțială este necunoscută, dar al căror volum și temperatură sunt cunoscute. Presiunea parțială a unui gaz este presiunea exercitată de aceeași cantitate de gaz într-un rezervor care îl conține numai singur.
   • Pentru fiecare presiune parțială, putem rescrie ecuația gazului ideal PV = nRT într-o formă având P doar pe partea stângă a semnului egal. Astfel, trebuie să împărțim cele două laturi la V: PV / V = ​​nRT / V. Cele două V-uri din partea stângă au fost eliminate, în cele din urmă P = nRT / V rămâne.
   • Apoi înlocuiți această formulă cu fiecare literă P din partea dreaptă a ecuației presiunii parțiale: P_total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   publicitate

Partea 2 din 3: Calculați presiunea parțială, apoi presiunea totală

1. 

   
   
   
   
   Determinați ecuațiile de presiune parțiale pentru problemele date. Pentru a ilustra acest calcul, să presupunem că avem o sticlă de 2 litri conținând 3 gaze: azot (N₂), oxigen (O₂) și dioxid de carbon (CO₂). Fiecare gaz are 10 g, iar temperatura fiecărui gaz din butelie este de 37 grade Celsius. Trebuie să găsim presiunea parțială a fiecărui gaz și presiunea totală a amestecului de gaze care acționează asupra buteliei.
   • Ecuația presiunii parțiale este scrisă după cum urmează P_total = P_Azot + P_oxigen + P_{dioxid de carbon}.
   • Deoarece căutăm presiunea fiecărui gaz, cunoaștem volumul, temperatura și putem găsi numărul molar al fiecărui gaz pe baza masei lor, ecuația este rescrisă la: P_total = (nRT / V) _Azot + (nRT / V) _oxigen + (nRT / V) _{dioxid de carbon}

2. 

   
   
   Convertiți temperatura în grade Kelvin. Temperatura gazelor este de 37 grade Celsius, așa că adăugăm 37 plus 273 pentru a obține 310 grade K.

3. 

   Găsiți numărul de moli din fiecare gaz din sticlă. Numărul de moli de gaz este masa gazului împărțită la masa sa molară, unde masa molară este masa totală a fiecărui atom care alcătuiește substanța.
   • Pentru primul gaz, azotul are formula moleculară (N₂), fiecare atom are o masă 14. Deoarece molecula de azot are doi atomi, trebuie să înmulțim 14 cu 2 pentru a obține masa moleculară a azotului 28, apoi împărțim masa în grame cu 10g. dați 28 pentru a obține numărul de moli, rotunjiți rezultatul la aproximativ 0,4 moli de azot gazos.
   • Pentru cel de-al doilea gaz, oxigenul are formula moleculară (O₂), fiecare atom are o masă de 16. Molecula de oxigen are și doi atomi, trebuie să înmulțim 16 cu 2 pentru a obține o masă a moleculei de oxigen de 32. Împărțirea a 10g la 32 dă un rezultat aproximativ. 0,3 moli de oxigen în sticlă.
   • Un al treilea gaz este formula dioxidului de carbon (CO₂), există 3 atomi: un atom de carbon cu masa 12, doi atomi de oxigen cu fiecare atom de masă 16. Adăugăm masa a trei atomi: 12 + 16 + 16 = 44 este masă moleculă. Împărțirea a 10g la 44 dă aproximativ 0,2 moli de dioxid de carbon.

4. 

   
   
   Conectați valorile pentru mol, volum și temperatură în ecuație. Acum ecuația arată astfel: P_total = (0,4 * R * 310/2) _Azot + (0,3 * R * 310/2) _oxigen + (0,2 * R * 310/2) _{dioxid de carbon}.
   • Pentru simplitate, omitem unitatea de măsură pentru valori. Aceste unități vor fi distruse după ce veți rezolva ecuația, lăsând doar unitatea de măsură a rezultatului în presiune.

5. 

   Înlocuiți valoarea constantei R. Vom calcula rezultatele presiunii parțiale și totale în atmosfere, așa că vom folosi o valoare R de 0,0821 L atm / K mol. Punerea acestei valori în ecuație produce P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Azot + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oxigen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{dioxid de carbon}.

6. 

   Calculați presiunea parțială a fiecărui gaz. Acum că ne-am conectat valorile, următorul lucru de făcut este să o rezolvăm.
   • Pentru presiunea parțială a azotului, înmulțiți 0,4 mol cu ​​constanta 0,0821 și temperatura 310 grade K, apoi împărțiți la 2 litri: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm (aproximativ).
   • Pentru presiunea parțială a oxigenului, înmulțiți 0,3 mol cu ​​constanta 0,0821 și temperatura 310 grade K, apoi împărțiți la 2 litri: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm (aprox.).
   • Pentru presiunea parțială a dioxidului de carbon, înmulțiți 0,2 mol cu ​​constanta 0,0821 și temperatura 310 grade K, apoi împărțiți la 2 litri: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm (aproximativ).
   • Acum adăugați aceste presiuni pentru a găsi presiunea totală: P_total = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 atm (aproximativ).
   publicitate

Partea 3 din 3: Calculați presiunea totală, apoi presiunea parțială

1. 

   Determinați ecuația presiunii parțiale ca mai sus. Din nou, să presupunem că avem o sticlă de 2 litri care conține 3 gaze: azot (N₂), oxigen (O₂) și dioxid de carbon (CO₂). Fiecare gaz are 10 g, iar temperatura fiecărui gaz din butelie este de 37 grade Celsius.
   • Temperatura Kelvin este încă de 310 grade și, la fel ca mai sus, avem aproximativ 0,4 mol azot, 0,3 mol oxigen și 0,2 mol dioxid de carbon.
   • În mod similar, vom calcula rezultatele în atmosferă, astfel încât vom folosi o valoare R de 0,0821 L atm / K mol.
   • În acest moment rămâne ecuația presiunii parțiale: P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Azot + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oxigen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{dioxid de carbon}.

2. 

   Adăugați numărul de moli ai fiecărui gaz din butelie pentru a găsi moli total ai amestecului de gaze. Deoarece volumele și temperaturile gazelor din cilindru sunt aceleași, iar masa moleculară a fiecărui gaz este, de asemenea, înmulțită cu aceeași constantă, putem folosi proprietatea distributivă a matematicii pentru a rescrie ecuația. Procesul este P_total = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Adăugați 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 moli de amestec de gaze. Ecuația este redusă în continuare la P_total = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Găsiți presiunea totală a amestecului de gaze. Luați 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol (aprox.).

4. 

   Găsiți proporția fiecărui gaz care alcătuiește amestecul. Împărțiți numărul de moli pe gaz la totalul moli al amestecului de gaze.
   • Avem 0,4 moli de azot, deci luăm 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) în amestecul de gaze (aprox.).
   • Avem 0,3 moli de oxigen, așa că luăm 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) în amestecul de gaze (aproximativ).
   • Avem 0,2 moli de dioxid de carbon, deci luăm 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) în amestecul de gaze (aprox.).
   • Deși procentele aproximative de mai sus se ridică la doar 0,99, în realitate, zecimalele se repetă, suma fiind o serie de 9 după virgulă. Prin definiție, acest lucru este echivalent cu 1 sau 100%.

5. 

   Înmulțiți raportul masei pe gaz cu presiunea totală pentru a găsi presiunea parțială.
   • Luați 0,44 * 11,45 = 5,04 atm (aproximativ).
   • Luați 0,33 * 11,45 = 3,78 atm (aproximativ).
   • Luați 0,22 * 11,45 = 2,52 atm (aproximativ).
   publicitate

Sfat

• Veți observa o ușoară discrepanță între calculul presiunii parțiale și calculul presiunii parțiale mai întâi și calculul presiunii parțiale. Amintiți-vă că valorile calculate sunt doar numere aproximative, deoarece rotunjim la 1 sau 2 numere după virgule pentru a le simplifica.Dacă folosim un calculator pentru a efectua calcule fără rotunjire, abaterea dintre aceste două metode va fi și mai mică, nici măcar.

Avertizare

• Pentru scafandri, cunoașterea presiunii parțiale a gazului este deosebit de importantă, deoarece este legată de viața lor. O presiune parțială de oxigen care este prea mică poate provoca pierderea cunoștinței sau moartea, în timp ce presiunea parțială a azotului sau a oxigenului prea mare poate provoca otrăviri.

De ce ai nevoie

• Laptop
• Carte de referință pentru masa atomică / masa molară