Tartalom

• Lépések
• Tippek
• Figyelmeztetések
• Szükséges anyagok

A kémia területén a "parciális nyomás" arra a nyomásra utal, amelyet a gázkeverékben lévő egyes gázok a környezete ellen kifejtenek, például mintapalack, merülő levegős tartály vagy egy légkör határai. Kiszámíthatja az egyes keverékekben lévő gázok nyomását, ha tudja, mennyi van belőle, milyen térfogatot foglal el és milyen hőmérsékletű. Ezután hozzáadhatja ezeket a résznyomásokat a gázkeverék össznyomásának meghatározásához, vagy először megtalálja a teljes nyomást, majd megtalálja a parciális nyomásokat.

Lépések

1/3 rész: A gázok tulajdonságainak megértése

1. 

   Minden egyes gázt "ideális" gázként kezeljen. A kémiában ideális gáz az, amely kölcsönhatásba lép más gázokkal, anélkül, hogy vonzódna a molekuláihoz. Az egyes molekulák ütközhetnek egymással és úgy pattoghatnak, mint a biliárdgolyók, anélkül, hogy bármilyen módon deformálódnának.
   • Az ideális gáznyomás növekszik, amikor kisebb terekbe tömörülnek, és nagyobb területekre tágulva csökkennek. Ezt a kapcsolatot Robert Boyle után Boyle törvényének hívják. Matematikailag k = P x V vagy, egyszerűbben, k = PV, ahol k az állandó összefüggést, P a nyomást és V a térfogatot jelenti.
   • A nyomások a lehetséges egységek egyikével határozhatók meg. Az egyik a Pascal (Pa), amelyet egy négyzetméteren kifejtett Newton-erőnek nevezünk. A másik a légkör (atm), amelyet a Föld légkörének tengerszintre gyakorolt ​​nyomásaként határozunk meg. 1 atm nyomás 101 325 Pa.
   • Az ideális gázhőmérséklet a térfogatok növekedésével és csökkenésével nő. Ezt az összefüggést Jacques Charles után Charles-törvénynek nevezik, matematikailag k = V / t-ként írják le, ahol k az állandó térfogat és hőmérséklet közötti kapcsolatot, V ismét a térfogatot, T pedig a hőmérsékletet jelöli.
   • Az egyenletben szereplő gázhőmérsékleteket Kelvin fokban adják meg, amelyeket úgy határoznak meg, hogy 273-at hozzáadunk a gáz hőmérsékletének Celsius-fok számához.
   • Ez a két összefüggés egyetlen egyenletbe vonható össze: k = PV / T, amely PV = kT néven is felírható.

2. 

   
   
   Határozza meg, milyen mennyiségben mérik a gázokat. A gázok tömege és térfogata megegyezik. A térfogatot általában literben (l) mérik, de kétféle tömeg létezik.
   • A szokásos tömeget grammban vagy, ha van elég nagy tömeg, kilogrammban mérjük.
   • A gázok könnyedsége miatt ezeket egy másik tömegformában is mérjük, amelyet molekuláris tömegnek vagy moláris tömegnek nevezünk. A molekulatömeget a vegyület, amelyből a gáz képződik, egyes atomjainak atomtömegének összegeként határozzuk meg, mindegyik atomhoz viszonyítva a 12 szénatom értékét.
   • Mivel az atomok és molekulák túl kicsiek ahhoz, hogy működjenek együtt, a gázok mennyiségét molban határozzák meg. Az adott gázban jelen lévő molok száma meghatározható a tömegnek a moláris tömeggel való elosztásával, és n betűvel ábrázolható.
   • A tetszőleges k konstansot a gázegyenletben lecserélhetjük n, a molok számának (mol) és egy új R konstans szorzatára. Az egyenlet most írható nR = PV / T vagy PV = nRT.
   • Az R-érték a gázok nyomásának, térfogatának és hőmérsékletének mérésére használt egységektől függ. A literenkénti térfogat, a kelvinben mért hőmérséklet és a légköri nyomás azonosítása érdekében értéke 0,0821 L.atm / K.mol. Ezt felírhatjuk L 0,0821 atm K mol-ra is, hogy elkerüljük a hasítási sávot a mértékegységekben.

3. 

   
   
   Értse meg Dalton résznyomás törvényét. John Dalton vegyész és fizikus fejlesztette ki, aki először az atomokból álló kémiai elemek koncepcióját fejlesztette ki, Dalton törvénye kimondja, hogy a gázkeverék teljes nyomása a keverékben lévő egyes gázok nyomásának összege.
   • Dalton-törvény P-ként írható fel egyenletként _teljes = P₁ + P₂ + P₃... annyi addendával az egyenlőségjel után, ahány gáz van a keverékben.
   • A Dalton-törvény egyenlete kibővíthető, ha olyan gázokkal dolgozunk, amelyek egyedi résznyomása ismeretlen, de ezek térfogatát és hőmérsékletét ismerjük. A gáz parciális nyomása azonos nyomású, ha a tartályban egyetlen gázmennyiség volt az egyetlen gáz.
   • A parciális nyomások mindegyikére átírhatjuk az ideális gázegyenletet úgy, hogy a PV = nRT képlet helyett az egyenlőség bal oldalán csak P legyen. Ehhez mindkét oldalt elosztjuk V-vel: PV / V = ​​nRT / V. A bal oldalon lévő két V kioltja egymást, így P = nRT / V marad.
   • Ezután kicserélhetjük a parciális nyomásegyenlet jobb oldalán feliratkozott minden P-t: P_teljes = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

2. rész a 3-ból: A részleges nyomások, majd a teljes nyomások kiszámítása

1. 

   
   
   
   
   Határozza meg a részleges nyomásegyenletet azon gázok esetében, amelyekkel dolgozik. E számítás céljából egy 2 literes ballont feltételezünk, amely három gázt tartalmaz: nitrogént (N₂), oxigén (O₂) és szén-dioxid (CO₂). 10 g mindegyik gáz van, és mindegyik hőmérséklete a lombikban 37 ° C. Meg kell találnunk az egyes gázok résznyomását és azt a teljes nyomást, amelyet a keverék gyakorol a tartályra.
   • Parciális nyomásegyenletünk P lesz _teljes = P _nitrogén + P _oxigén + P _szén-dioxid .
   • Mivel megpróbáljuk megtalálni az egyes gázok által kifejtett nyomást, ismerjük a térfogatot és a hőmérsékletet, és megtudhatjuk, hogy az egyes gázok hány molja van jelen a tömeg alapján, ezt az egyenletet így írhatjuk át: P_teljes = (nRT / V) _nitrogén + (nRT / V) _oxigén + (nRT / V) _szén-dioxid

2. 

   
   
   Konvertálja a hőmérsékletet Kelvin-re. A hőmérséklet 37º Celsius, ezért adjon hozzá 273–37, hogy 310 K-ot kapjon.

3. 

   Keresse meg a mintában lévő egyes gázok mólszámát. A gáz móljainak száma az a gáz tömege, amely el van osztva moláris tömegével, amelyről azt mondtuk, hogy a vegyület egyes atomjainak atomtömegének összege.
   • Az első gáznál nitrogén (N₂), mindegyik atom atomtömege 14. Mivel a nitrogén diatomikus (két atom molekuláris formája), 14-et 2-gyel meg kell szorozni, hogy megállapítsuk, hogy a mintánkban lévő nitrogén moláris tömege 28. Ezután ossza el a tömeget grammokban, 10 g-ra 28-ra, hogy megkapjuk az anyajegyek számát, amelyet hozzávetőlegesen 0,4 mol nitrogénhez fogunk közelíteni.
   • A második gáz esetében oxigént (O₂), minden atom atomtömege 16. Az oxigén szintén kova, ezért szorozd meg a 16-ot 2-vel, hogy megállapítsd, hogy a mintánkban lévő oxigén moláris tömege 32. Ha 10 g-ot elosztunk 32-vel, akkor körülbelül 0,3 mol oxigént kapunk minta.
   • A harmadik gáz, a szén-dioxid (CO₂) 3 atomot tartalmaz: egy szénatom, 12 atomtömeggel; és két oxigén, mindegyik atomtömege 16. Összeadjuk a három súlyt: 12 + 16 + 16 = 44 a moláris tömeg. Ha 10 g-ot elosztunk 44-gyel, körülbelül 0,2 mol szén-dioxidot kapunk.

4. 

   
   
   Cserélje ki az értékeket molokra, térfogatra és hőmérsékletre. Az egyenletünk most így néz ki: P_teljes = (0,4 * R * 310/2) _nitrogén + (0,3 * R * 310/2) _oxigén + (0,2 * R * 310/2) _szén-dioxid.
   • Az egyszerűség kedvéért kihagytuk az értékeket kísérő mértékegységeket. Ezek az egységek törlődnek, miután elvégeztük a matematikát, és csak a mértékegység marad, amelyet a nyomások jelentésére használunk.

5. 

   Helyettesítse az R állandó értékét Megtaláljuk a részleges és a teljes nyomást atmoszférában, ezért 0,0821 atm L / K.mol R értéket fogunk használni. Az egyenletben szereplő érték helyettesítése most P-t ad_teljes =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitrogén + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oxigén + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _szén-dioxid .

6. 

   Számítsa ki az egyes gázok parciális nyomásait. Most, hogy az értékek a helyükön vannak, itt az ideje, hogy elvégezzük a matematikát.
   • A nitrogén parciális nyomásához 0,4 mol-ot szorozzunk 0,0821-es állandónkkal és 310 K-os hőmérsékletünkkel, majd elosztjuk 2 literrel: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, körülbelül.
   • A részleges oxigénnyomáshoz 0,3 mol-ot megszorzunk 0,0821-es állandónkkal és 310 K hőmérsékletünkkel, majd elosztjuk 2 literrel: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, körülbelül.
   • A szén-dioxid parciális nyomásához 0,2 mol-ot szorozzunk 0,0821-es állandónkkal és 310 K-os hőmérsékletünkkel, majd elosztjuk 2 literrel: körülbelül 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm.
   • Most összeadjuk ezeket a nyomásokat a teljes nyomás megállapításához: P_teljes = 5,09 + 3,82 + 2,54, vagy körülbelül 11,45 atm.

3. rész: A teljes nyomás, majd a parciális nyomások kiszámítása

1. 

   Határozza meg a parciális nyomásegyenletet a korábbiak szerint. Ismét feltételezzük, hogy egy 2 literes lombik 3 gázt tartalmaz: nitrogént (N₂), oxigén (O₂) és szén-dioxid (CO₂). 10 g mindegyik gáz van, és az egyes gázok hőmérséklete 37 Celsius fok.
   • A hőmérséklet Kelvinben továbbra is 310 lesz, és mint korábban, körülbelül 0,4 mol nitrogén, 0,3 mol oxigén és 0,2 mol szén-dioxid van bennünk.
   • Hasonlóképpen továbbra is találunk nyomást az atmoszférában, ezért az R állandóhoz 0,0821 atm L / K.mol értéket fogunk használni.
   • Tehát a résznyomásegyenletünk ezen a ponton még mindig ugyanúgy néz ki: P_teljes =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitrogén + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oxigén + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _szén-dioxid.

2. 

   Adja hozzá a mintában lévő egyes gázok mólszámát, hogy megkapja a gázkeverék összes mólszámát. Mivel a térfogat és a hőmérséklet a gáz minden egyes mintájára megegyezik, nem beszélve arról, hogy az egyes moláris értékeket ugyanazzal az állandóval szorozzuk meg, a matematika eloszlási tulajdonságát felhasználhatjuk az egyenlet P-re történő átírására._teljes = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Hozzáadunk 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gázelegyet. Ez tovább egyszerűsíti a P egyenletét _teljes = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Számítsa ki a gázelegy teljes nyomását. Körülbelül 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol szorzata.

4. 

   Keresse meg az egyes gázok arányát a teljes keverékben. Ehhez ossza el az egyes gázok anyajegyének számát az összes mol számával.
   • 0,4 mol nitrogén van, tehát körülbelül 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) a mintában.
   • 0,3 mol nitrogén van, tehát körülbelül 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) a mintában.
   • 0,2 mol szén-dioxid van, tehát kb. 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%).
   • Noha a fenti hozzávetőleges százalékok csak 0,99-et tesznek ki, a tényleges tizedesjegyek ismétlődnek, így a tényleges összeg a tizedesjegy utáni kilenc ismétlés sorozatát jelenti. Definíció szerint ez megegyezik 1-vel, vagy 100% -kal.

5. 

   Szorozzuk meg az egyes gázok arányos értékét a teljes nyomással a résznyomás megállapításához.
   • Körülbelül 0,44 * 11,45 = 5,04 atm szorzás.
   • Körülbelül 0,33 * 11,45 = 3,78 atm szorzás.
   • Körülbelül 0,22 * 11,45 = 2,52 atm szorzás.

Tippek

• Kis értékkülönbséget fog észrevenni, ha először megtalálja a résznyomásokat, majd az össznyomást, és először megtalálja a teljes nyomást, majd a résznyomásokat. Ne feledje, hogy az adott értékeket közelítő értékként adták meg, egy vagy két tizedesjegyre kerekítve, hogy az értékeket könnyebben megértsék. Ha számológéppel végezzük a számításokat, kerekítés nélkül, akkor észrevehetünk egy kisebb eltérést, ha van ilyen, a két módszer között.

Figyelmeztetések

• A részleges gáznyomás ismerete a búvárok számára életkérdéssé válhat. A túl alacsony oxigén parciális nyomása eszméletvesztéshez és halálhoz vezethet, míg a hidrogén vagy az oxigén nagyon magas parciális nyomása mérgező is lehet.

Szükséges anyagok

• Számológép;
• Az atomtömegek / moláris tömegek referenciakönyve.