gtemata.com

Cum se calculează presiunea parțială

În chimie, per "presiunea parțială" se înțelege presiunea pe care fiecare gaz prezent într-un amestec exercită asupra vasului, de exemplu un balon, un rezervor de scufundare sau limitele unei atmosfere - este posibil să se calculeze dacă cunoașteți cantitatea fiecărui gaz, volumul pe care îl ocupă și temperatura lui. Puteți, de asemenea, să adăugați diferitele presiuni parțiale și să găsiți valoarea totală exercitată de amestec - alternativ, puteți calcula mai întâi valoarea totală și puteți obține valorile parțiale.

paşi

Partea 1

Înțelegerea proprietăților gazului
1
Tratează fiecare gaz așa cum era "perfect". În chimie, un gaz perfect interacționează cu ceilalți fără a fi atras de moleculele lor. Fiecare moleculă se lovește și revine asupra celorlalți ca o minge de biliard fără a se deforma în nici un fel.
  • Presiunea unui gaz perfect crește deoarece este comprimată într-un vas mai mic și scade odată ce gazul se extinde în spații mai mari. Această relație se numește legea lui Boyle, de către descoperitorul său, Robert Boyle. Matematic se exprimă cu formula k = P x V sau mai simplu, k = PV, unde k este constanta, P este presiunea și V este volumul.
  • Presiunea poate fi exprimată în mai multe unități diferite de măsură, cum ar fi Pascali (Pa), care este definită ca forța de un newton aplicată pe o suprafață de un metru pătrat. Alternativ, atmosfera (atm), presiunea atmosferei pământului la nivelul mării poate fi utilizată. O atmosferă este echivalentă cu 101,325 Pa.
  • Temperatura gazelor perfecte se ridică, pe măsură ce volumul crește și scade când volumul scade - această relație se numește legea lui Charles și a fost enunțată de Jacques Charles. Se exprimă în formă matematică ca k = V / T, unde k este o constantă, V este volumul și T este temperatura.
  • Temperaturile gazelor luate în considerare în această ecuație sunt exprimate în grade kelvin-0 ° C, care corespund la 273 K.
  • Cele două legi descrise până acum pot fi combinate pentru a obține ecuația k = PV / T care poate fi rescrisă: PV = kT.
  • 2
    Definiți unitățile de măsură cu care se exprimă cantitățile de gaze. Substanțele în stare gazoasă posedă atât o masă este o ultimă lichidiană se măsoară în mod obișnuit în litri (l), în timp ce există două tipuri de mase.
  • Masa convențională este măsurată în grame sau, dacă valoarea este suficient de mare, în kilograme.
  • Deoarece gazele sunt în general foarte ușoare, ele sunt măsurate și în alte moduri, prin masa moleculară sau molară. Masa molară este definită ca suma masei atomice a fiecărui atom prezent în compusul care generează gazul - masa atomică este exprimată în unitatea de masă atomică unificată (u), care este egală cu 1/12 din masa unui singur atom de carbon-12.
  • Deoarece atomii și moleculele sunt prea mici pentru a lucra cu, cantitatea de gaz este măsurată în cariere. Pentru a găsi numărul de moli prezenți într-un gaz dat, masa este împărțită de cea molară și este reprezentată de litera n.
  • Puteți înlocui în mod arbitrar k în ecuația gazului cu produsul dintre n (numărul de moli) și o nouă constantă R - în acest moment, formula ia forma: nR = PV / T sau PV = nRT.
  • Valoarea R depinde de unitatea utilizată pentru a măsura presiunea, volumul și temperatura gazelor. Dacă volumul este definit în litri, temperatura în kelvin și presiunea în atmosfere, R este egală cu 0,0821 l * atm / Kmol, care poate fi scrisă ca 0,0821 l * atm K-1 mol -1 pentru a evita utilizarea simbolului divizării în unitatea de măsură.
  • 3
    Înțelege legea lui Dalton pentru presiuni parțiale. Această afirmație a fost elaborată de chimistul și fizicianul John Dalton, care a avansat mai întâi conceptul că elementele chimice sunt compuse din atomi. Legea prevede că presiunea totală a unui amestec de gaze este egală cu suma presiunilor parțiale ale fiecărui gaz care compune amestecul.
  • Legea poate fi scrisă în limbaj matematic, cum ar fi Ptotal = P1 + P2 + P3... cu un număr de addende egale cu cele ale gazelor care alcătuiesc amestecul.
  • Legea lui Dalton poate fi extinsă atunci când lucrează cu gaz sub presiune parțială necunoscută, dar cu temperatură și volum cunoscut. Presiunea parțială a unui gaz este aceeași ca și când ar fi prezentă singură în vas.
  • Pentru fiecare presiune parțială, puteți rescrie ecuația perfectă de gaz pentru a izola termenul P al presiunii din stânga semnului de egalitate. Prin urmare, pornind de la PV = nRT, puteți împărți ambii termeni cu V și obține: PV / V = ​​nRT / V - cele două variabile V stânga elide plecând: P = nRT / V.
  • În acest moment, pentru fiecare variabilă P din legea lui Dalton, puteți înlocui ecuația de presiune parțială: Ptotal = (NRT / V) 1 + (NRT / V) 2 + (NRT / V) 3...

    • Partea 2

    Mai întâi calculați presiunile parțiale, apoi cele totale
    1
    Definiți ecuația presiunii parțiale a gazelor luate în considerare. Cu titlu de exemplu, să presupunem că aveți trei gaze conținute într-un balon de 2 litri: azot (N2), oxigen (O.2) și dioxid de carbon (CO2). Fiecare cantitate de gaz cântărește 10 g, iar temperatura este de 37 ° C. Trebuie să găsiți presiunea parțială a fiecărui gaz și presiunea totală exercitată de amestec pe pereții recipientului.
    • Prin urmare, ecuația este: Ptotal = Pazot + Poxigen + Pdioxid de carbon.
    • Deoarece doriți să găsiți presiunea parțială exercitată de fiecare gaz, știind volumul și temperatura, puteți calcula cantitatea de cariere datorită datelor de masă și rescrieți ecuația ca: Ptotal = (NRT / V) azot + (NRT / V) oxigen + (NRT / V) dioxid de carbon.
  • 2
    Transformați temperatura la kelvin. Cel dat de propoziție este exprimat în grade Celsius (37 ° C), deci pur și simplu adăugați valoarea 273 și obțineți 310 K.
  • 3
    Găsiți numărul de cariere pentru fiecare gaz care compune amestecul. Numărul de moli este egal cu masa gazului împărțită la masa molară a acestuia, care la rândul său este suma masei atomice a fiecărui atom găsit în compus.
  • Pentru primul gaz, azotul (N2), fiecare atom are o masă de 14. Deoarece azotul este diatomic (formează molecule cu doi atomi), trebuie să înmulțiți masa cu 2 - în consecință, azotul prezent în probă are o masă molară de 28. Împărțiți valoarea pentru masă în grame, 10 g, obținându-se numărul de moli care corespunde la aproximativ 0,4 moli de azot.
  • Pentru al doilea gaz, oxigenul (O2), fiecare atom are o masă atomică de 16. De asemenea, acest element formează molecule diatomice, deci trebuie să dublezi masa (32) pentru a obține molarul probei. Împărțirea a 10 g până la 32 ajunge la concluzia că în amestec există aproximativ 0,3 moli de oxigen.
  • Al treilea gaz, dioxid de carbon (CO2), este compus din trei atomi: un atom de carbon (masa atomică egală cu 12) și doi atomi de oxigen (masa atomică egală cu 16). Puteți adăuga cele trei valori (12 + 16 + 16 = 44) pentru a cunoaște masa divizată molar 10 g la 44 și pentru a obține aproximativ 0,2 moli de dioxid de carbon.
  • 4
    Înlocuiți variabilele de ecuație cu informațiile despre molii, temperatură și volum. Formula ar trebui să arate astfel: Ptotal = (0,4 * R * 310/2) azot + (0,3 * R * 310/2) oxigen + (0,2 * R * 310/2) dioxid de carbon.
  • Din motive de simplitate, unitățile de măsură nu au fost incluse lângă valori, deoarece ele sunt eliminate prin efectuarea operațiilor aritmetice, lăsând doar cea asociată presiunii.
  • 5
    Introduceți valoarea pentru constanta R. Deoarece presiunea parțială și totală sunt raportate în atmosferă, puteți folosi numărul 0.0821 l * atm / K mol - înlocuindu-l cu constantul R obținut: Ptotal = (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 toate numerele cunoscute sunt în vigoare, puteți efectua calculele.
  • În ceea ce privește azotul, acesta înmulțește 0,4 moli cu o constantă de 0,0821 și temperatura este egală cu 310 K. Se împarte produsul cu 2 litri: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm aproximativ .
  • Pentru oxigen se înmulțesc 0,3 moli cu o constantă de 0,0821 și o temperatură de 310 K și apoi se împarte cu 2 litri: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm aproximativ.
  • În cele din urmă, pentru dioxidul de carbon se înmulțește 0,2 mol cu ​​o constantă de 0,0821, temperatura de 310 K și se împarte cu 2 litri: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm aproximativ.
  • Adăugați toate addends pentru a găsi presiunea totală: Ptotal = 5,09 + 3,82 + 2,54 = aproximativ 11,45 atm.

    • Partea 3

    Calculați presiunea totală, apoi presiunea parțială
    1
    Scrieți formula de presiune parțială ca mai înainte. De asemenea, în acest caz, se consideră un balon de 2 litri care conține trei gaze: azot (N2), oxigen (O.2) și dioxid de carbon. Masa fiecărui gaz este de 10 g, iar temperatura din recipient este de 37 ° C.
    • Temperatura în grade kelvin este de 310 K, în timp ce numărul de moli din fiecare gaz sunt de aproximativ 0,4 mol de azot, 0,3 moli până la 0,2 moli și oxigen pentru dioxidul de carbon.
    • În ceea ce privește exemplul secțiunii anterioare, aceasta indică valorile presiunii în atmosferă, deci trebuie să folosiți constanta R egală cu 0,021 l * atm / K mol.
    • În consecință, ecuația presiunilor parțiale este: Ptotal = (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 moli de fiecare gaz din probă și găsiți numărul total de moli ai amestecului. Deoarece volumul și temperatura nu se schimbă, să nu mai vorbim de faptul că molii sunt multiplicați cu o constantă, puteți profita de proprietatea distributivă a sumei și rescrieți ecuația ca: Ptotal = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
  • Executați suma: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 moli din amestecul de gaz - în acest fel, formula simplifică și mai mult și devine: Ptotal = 0,9 * 0,0821 * 310/2.
  • 3
    Găsiți presiunea totală a amestecului de gaze. Efectuați multiplicarea: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = aproximativ 11,45 mol.
  • 4
    Găsiți proporțiile fiecărui gaz cu privire la amestec. Pentru a continua, pur și simplu împărțiți numărul de cariere ale fiecărei componente cu numărul total.
  • Există 0,4 mol de azot, deci 0,4 / 0,7 = 0,44 (44%) aproximativ;
  • Există 0,3 moli de oxigen, deci 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) aproximativ;
  • Există 0,2 moli de dioxid de carbon, deci aproximativ 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%).
  • Deși suma proporțiilor se obține un total de 0,99, în realitate cifrele zecimale se repetă în mod periodic și, prin definiție, puteți rotunji total la 1 sau 100%.
  • 5
    Înmulțiți cantitatea procentuală a fiecărui gaz cu presiunea totală pentru a găsi cea parțială:
  • 0,44 * 11,45 = 5,04 atm aproximativ;
  • 0,33 * 11,45 = 3,78 atm;
  • 0,22 * 11,45 = 2,52 atm aproximativ.

    • Sfaturi

    • Puteți observa o ușoară diferență atunci când măsurați mai întâi presiunile parțiale și apoi presiunile totale comparativ cu metoda opusă. Amintiți-vă că numerele sunt aproximative, deoarece acestea au fost rotunjite la prima sau a doua zecimală în așa fel încât să facă valori svolgi comprensibili- dacă numai operațiile matematice fără a utiliza un calculator și rotund datele, cunoscut o discrepanță minoră sau nimic între cele două metode.

    Avertismente

    • Înțelegerea presiunilor parțiale de gaz este o chestiune de viață sau moarte pentru scafandri. Dacă oxigenul este prea mic, persoana poate pierde conștiința și poate muri - dacă azotul sau oxigenul sunt prea mari, gazul poate fi toxic.

    Lucruri de care ai nevoie

    • calculator
    • Manual cu mase moleculare sau greutăți atomice
    Distribuiți pe rețelele sociale:

    înrudit