Jak obliczyć ciśnienie częściowe: 14 kroków

W chemii "częściowe ciśnienie" odnoszą się do ciśnienia, który ma oddzielny składnik z mieszaniny gazowej środowiska zewnętrznego, na przykład na kolbie, cylindra lub granicy atmosfery. Możesz obliczyć ciśnienie każdego gazu, jeśli znasz jego ilość, jaka ilość potrzeba i jaka jest jego temperatura. Następnie możesz złożyć ciśnienie częściowe i znaleźć całkowite ciśnienie częściowe mieszaniny gazów, a najpierw znajdziesz ogólne ciśnienie, a następnie częściowe.

Kroki

Część 1 z 3:

Zrozumienie właściwości gazów

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 1

jeden. Weź każdy gaz jako "idealny". W chemii "Doskonały gaz" - taki, który współdziała z innymi substancjami bez wprowadzania ich do połączenia. Oddzielne cząsteczki mogą stawić czoła się nawzajem i wypchnąć kulki na bilard, bez deformowania.

Ciśnienie doskonałego gazu wzrasta, jeśli jest umieszczona w mniejszej objętości i zmniejsza się, jeśli gaz jest w większej objętości. Relacja ta nazywa się prawem Boyl Mariotta, nazwani naukowców Robert Boyle i Edma Mariotta. Matematyczny zapis prawa: K = P X V lub, uproszczony, K = PV, gdzie K oznacza stałą relacji, p - ciśnienie i V - objętość.
Ciśnienie może być określone w kilku różnych jednostkach. Jeden z nich Pascal (PA) jest zdefiniowany jako siła w 1 Newton, dołączony do placu w 1 metr kwadratowy. Kolejna wersja reprezentacji ciśnienia - w atmosferze (ATM). Urządzenie jest definiowane jako ciśnienie atmosfery Ziemi na poziomie morza. Ciśnienie w 1 atmosferze wynosi 101,325 pa.
Temperatura idealnego gazu wzrasta wraz ze wzrostem jego objętości i zmniejsza się przy zmniejszeniu objętości. Ten związek nazywa się prawem Charles, nazwą Jacques Charles. Rekord matematyczny prawa: K = V / T, gdzie K jest stałą stosunku między objętością a temperaturą, V ponownie reprezentuje objętość gazu, a T jest jego temperaturą.
Temperatura gazu w tych równań podano w stopniach Kelvina, można go znaleźć, dodając 273 do liczby stopni Celsjusza w temperaturze gazowej.
Te dwa relacje można łączyć w jedno równanie: K = PV / T, które można również napisać jako PV = kt.

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 2

2. Określ liczbę gazów. Gaz ma masę i objętość. Objętość jest zwykle mierzona w litrach (L), ale istnieją dwa warianty liczenia masy.

Zwykle masa jest mierzona w gramach lub, jeśli jest wystarczająco duża, w kilogramach.

Ponieważ gazy zwykle ważą bardzo mało, ich masa jest również obliczana w oddzielnej jednostce pomiaru, zwana masą cząsteczkową lub masy molą. Masa molowa jest zdefiniowana jako suma masy atomowych wszystkich atomów w substancji gazowej, każdy atom jest porównywany z masą węgla (12)

Ponieważ atomy i cząsteczki są zbyt małe, aby pracować z nimi bezpośrednio, ilość gazu określa się w molach. Liczba moli w tym gazie można znaleźć przez podzielenie masy na masie molowej, wartość jest znana literą n.

Możemy zastąpić stałą stałą w numerze równania gazu N, ilość molu (MOL) i wprowadź nową stałą. Następnie równanie zostanie zapisane w postaci NR = PV / T lub PV = NRT.

Wartość R zależy od jednostek, w których mierzono ciśnienie gazu, objętość i temperaturę. W przypadku objętości w litrach, temperatura w Kelvin i ciśnienie w atmosferze wartość wynosi 0,0821 L ATM / K. Można to napisać jako 0,0821 litrów ATM K, aby uniknąć korzystania z funkcji separacji przy określaniu jednostek pomiaru.

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 3

3. Zrozumienie prawa Dalton na częściowej presji. Prawo, otwartym chemikiem i fizykiem John Dalton, który po raz pierwszy zasugerował, że elementy chemiczne składają się z indywidualnych atomów, brzmi: Całkowity ciśnienie mieszaniny gazowej jest równe ilości ciśnienia każdego gazu w mieszaninie.

Prawo Daltona można nagrać w tym formularzu: P_Generał = P_jeden + P₂ + P₃ ... z tak wieloma terminami po znaku równości, jaka jest liczba gazów w mieszaninie.

Równanie prawa Daltonu można rozszerzyć podczas pracy z gazami, których indywidualne ciśnienie jest nieznane, ale znane są temperaturę i objętość. Częściowe ciśnienie gazu jest takie samo jak w przypadku równej objętości gazu, który w pełni zajmuje przydzieloną objętość.

Dla każdego częściowego presji możemy przepisać równanie doskonałego gazu. Zamiast pv = nrt, możemy opuścić p po lewej stronie przed znakiem równości. Aby to zrobić, obie części równania muszą być podzielone na V: PV / V = NRT / V. Dwa V Left Cut, pozostaje p = NRT / V.

Następnie, dla każdego p po prawej stronie możemy zastąpić zastępowanie, otaczając równanie ciśnienia częściowego: P_Generał = (NRT / V) _jeden + (NRT / V) ₂ + (NRT / V) ₃ ..

Część 2 z 3:

Licząc częściowy, a następnie ogólne ciśnienie

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 4

jeden. Określić równanie ciśnienia częściowego dla gazów, z którymi pracujesz. W przypadku celów obliczeniowych przyjmujemy przykład: 2 litr luzem zawiera 2 gaz, azot (n₂), tlen (O₂) i dwutlenek węgla, dwutlenek węgla (CO₂). Każdy gaz - 10 g, temperatura każdego gazu w kolbie wynosi 37 stopni Celsjusza. Konieczne jest znalezienie ciśnienia częściowego każdego gazu i całkowitego ciśnienia mieszaniny gazów do pojemnika.

Nasze częściowe równanie ciśnienia będzie wyglądać tak: P_Całkowity = P_Azot + P_Oksigen + P_{Dwutlenek węgla}.
Ponieważ staramy się znaleźć presję, że każda z gazów, znamy objętość i temperaturę i może znaleźć liczbę moli każdego gazu, w oparciu o masę materii, możemy przepisać równanie w następującym formularzu: P_Generał = (NRT / V) _Azot + (NRT / V) _Oksigen + (NRT / V) _{Dwutlenek węgla}

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 5

2. Przesuń temperaturę do stopni Kelvin. Temperatura Celsjusza wynosi 37 stopni, więc dodamy 273 do 37 i otrzymamy 310 stopni K.

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 6

3. Znajdź liczbę moli każdego gazu w próbce. Liczba moli gazowych jest równa masie gazu podzielonego przez jego masę molową, która, jak już wspomniano, jest równa sumie ciężarów wszystkich atomów w kompozycji.

Dla naszego pierwszego gazu, azotu (n₂) każdy atom ma wagę atomową 14. Ponieważ azot zawiera dwa atomy (składa się z cząsteczek diatomicznych), musimy pomnożyć 14 o 2, aby znaleźć masę molową azotu, jest równa 28. Następnie dzielimy masę w gramach, 10 g, na 28, aby uzyskać liczbę moli w przybliżeniu 0,4 mol.

Na drugim gazie, tlen (O₂) masa każdego atomu jest równa 16. Oxigen również gazu Dhokatom, więc mnożymy 16 o 2 i otrzymujemy masę molową równą 32. Dzieląca 10 g do 32, otrzymujemy około 0,3 mola Oxigena w ramach próbki mieszaniny gazów.

Trzeci gaz, dwutlenek węgla (CO₂) składa się z 3 atomów: jeden atom węgla z masą atomową 12 i dwoma atomami tlenu, każdy z masą atomową 16. Składamy wszystkie trzy ciężary: 12 + 16 + 16 = 44 jest masą molową. Dzielenie 10 g na 44, otrzymujemy około 0,2 ditlenku modlącego.

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 7

cztery. Wartości moli, objętości i temperatury. Nasze równanie będzie wyglądać tak: P_Generał = (0,4 * r * 310/2) _Azot + (0,3 * r * 310/2) _Oksigen + (0,2 * R * 310/2) _{Dwutlenek węgla}.

Dla prostoty zostawiamy bieżące jednostki pomiarowe. Jednostki te będą opuścić się po obliczeniach matematycznych, a tylko te, które uczestniczą w definicji ciśnienia pozostaną.

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 8

pięć. Drugła wartość stałej r. W atmosferze nie będziemy wskazywać częściowe i ogólne ciśnienie, ponieważ stosujemy wartość R, równej 0,0821 litrów ATM / K Mol. Podstawianie tej wartości w równaniu daje nam_Generał = (0,4 * 0,0821 * 310/2) _Azot + (0,3 * 0,0821 * 310/2) _Oksigen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{Dwutlenek węgla}.

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 9

6. Oblicz częściowe ciśnienie każdego gazu. Teraz wszystkie wartości są na miejscu, nadszedł czas, aby przejść do obliczeń matematycznych.

Aby znaleźć częściowego ciśnienia częściowego azotu, pomnóż 0,4 mola na naszej stałej 0,0821 i temperaturę 310 stopni K, a następnie podzielony przez 2 litry: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5.0921 * 310/2 = 5,09 ATM, w przybliżeniu.

Aby uzyskać częściowe ciśnienie tlenu, pomnóż 0,3 mola na stałą 0,0821 i temperaturę 310 stopni K, a następnie oddzielone 2 litry: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 ATM, w przybliżeniu.

Aby znaleźć częściowe ciśnienie dwutlenku węgla, pomnożyć 0,2 mola na stałą 0,0821 i temperaturę 310 stopni K, a następnie podzielony przez 2 litry: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 ATM, w przybliżeniu.

Teraz ustanowić wynikowe wartości ciśnienia i znajdź ogólne ciśnienie: p_Generał = 5.09 + 3,82 + 2,54 lub 11,45 ATM, w przybliżeniu.

Część 3 z 3:

Obliczanie ogólnego, a następnie częściowej presji

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 10

jeden. Określić ciśnienie częściowe, jak wcześniej. Ponownie weź przykład kolby na 2 litry z trzema gazami: azot (n₂), tlen (O₂) i dwutlenek węgla (CO₂). Mamy 10 g każdego gazu, temperatura każdego gazu w kolbie wynosi 37 ° C.

Temperatura w Kelvinie będzie taka sama, 310 stopni, jak poprzednio, będziemy mieli około 0,4 mola azotu, 0,3 molowy oxigen i 0,2 molowy dwutlenek węgla.
Wskażymy również presję w atmosferze, dlatego użyjemy wartości 0,0821 litrów ATM / K Mol do stałej r.
W ten sposób nasze częściowe równanie ciśnienia obecnie wygląda tak samo jak przed: P_Generał = (0,4 * 0,0821 * 310/2) _Azot + (0,3 * 0,0821 * 310/2) _Oksigen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{Dwutlenek węgla}.

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 11

2. Złóż liczbę moli każdego gazu w próbce, aby znaleźć całkowitą liczbę moli w mieszaninie gazów. Ponieważ objętość i temperatura jest taka sama dla wszystkich gazów, nie wspominając o tym, że każda mola molowa jest pomnożona przez tę samą stałą, możemy użyć właściwości dystrybucji mnożenia i przepisać równanie w następującym formularzu: P_Generał = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.

Składamy 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mola gazów. Sprosta to nasze wyrażenie do p_Generał = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

Obraz zatytułowany oblicz ciśnienie częściowe Krok 12

3. Znajdź całkowitą ciśnienie mieszanki gazowej. Pomnóż 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, w przybliżeniu.

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 13

cztery. Znajdź proporcję każdego gazu w mieszaninie. Aby to zrobić, podziel liczbę moli każdego gazu dla całkowitej liczby moli w mieszaninie.

Mamy 0,4 molowego azotu, ponieważ 0,4 / 0,9 = 0,44 (44 procent) w próbce, w przybliżeniu.

Mamy 0,3 molowy tlen, ponieważ 0,3 / 0,9 = 0,33 (33 procent) w przybliżeniu.

Mamy 0,2 molowego dwutlenku węgla, ponieważ 0,2 / 0,9 = 0,22 (22 procent) w przybliżeniu.

Chociaż obliczenia powyżej sumę przybliżonych wartości w procentach dają tylko 0,99, dokładne wartości są okresowe, więc ilość będzie faktycznie równa powtarzalnych dziewiątek po przecinku. Z definicji jest to takie samo jak 1 lub 100 procent.

Obraz zatytułowany Oblicz ciśnienie częściowe Krok 14

pięć. Pomnóż proporcjonalną ilość każdego gazu do ogólnej presji, aby znaleźć ciśnienie częściowe.

Pomnóż 0,44 * 11,45 = 5.04 ATM, w przybliżeniu.

Pomnóż 0,33 * 11.45 = 3,78 ATM, w przybliżeniu.

Pomnóż 0,22 * 11.45 = 2,52 ATM, w przybliżeniu.

Rada

Zauważysz małą różnicę w wartości przy obliczaniu pierwszego ciśnienia częściowego, a następnie ogólnie, a gdy liczą się najpierw ogólnie, a następnie ciśnienie częściowe. Pamiętaj, że wartości są podawane w przybliżeniu, ponieważ są one zaokrąglone do 1 lub 2 znaków po przecinku na prostotę i zrozumienie. Jeśli wykonujesz obliczenia siebie bez zaokrąglenia, zauważysz lub mniejsza różnica między wartościami lub nie zauważy w ogóle.

Ostrzeżenie

Znajomość częściowej presji gazów może być kwestią życia i śmierci dla nurków. Zbyt niskie częściowe ciśnienie tlenu może prowadzić do nieświadomego stanu lub śmierci, ale zbyt wysokie ciśnienie częściowe azotu lub tlenu może również prowadzić do zatrucia.

Będziesz potrzebować

Kalkulator
Podręcznik ciężarów atomowych / mas molowych