Saturs

• Soļi
• Padomi
• Brīdinājumi
• Nepieciešamie materiāli

Ķīmijā "daļējais spiediens" attiecas uz spiedienu, ko katra gāzes maisījumā esošā gāze izdara pret apkārtni, piemēram, parauga pudeli, niršanas gaisa tvertni vai atmosfēras robežas. Jūs varat aprēķināt katras gāzes spiedienu maisījumā, ja zināt, cik daudz tā ir, kādu tilpumu tā aizņem, un temperatūru. Pēc tam jūs varat pievienot šos daļējos spiedienus, lai atrastu kopējo gāzes maisījuma spiedienu, vai arī vispirms varat atrast kopējo spiedienu un pēc tam atrast daļējos spiedienus.

Soļi

1. daļa no 3: Gāzu īpašību izpratne

1. 

   Pret katru gāzi izturieties kā pret "ideālu" gāzi. Ideāla gāze ķīmijā ir tā, kas mijiedarbojas ar citām gāzēm, nepiesaistoties tās molekulām. Atsevišķas molekulas var sasist viena otru un atlecēt kā biljarda bumbiņas, nekādā veidā nedeformējoties.
   • Ideāls gāzes spiediens palielinās, kad tie tiek saspiesti mazākās telpās, un samazinās, paplašinoties lielākos apgabalos. Šīs attiecības Roberta Boila vārdā sauc par Boila likumu. Matemātiski to raksturo kā k = P x V vai, vienkāršāk sakot, k = PV, kur k apzīmē nemainīgu attiecību, P apzīmē spiedienu un V apzīmē tilpumu.
   • Spiedienus var noteikt, izmantojot vienu no vairākām iespējamām vienībām. Viens no tiem ir Paskāls (Pa), kas definēts kā Ņūtona spēks, kas tiek piemērots kvadrātmetram. Cita ir atmosfēra (atm), kas definēta kā Zemes atmosfēras spiediens jūras līmenī. 1 atm spiediens ir vienāds ar 101 325 Pa.
   • Ideālā gāzes temperatūra palielinās, palielinoties un samazinoties apjomiem. Šīs attiecības pēc Žaka Čārlza sauc par Čārlza likumu, un matemātiski to raksturo kā k = V / t, kur k apzīmē sakarību starp nemainīgu tilpumu un temperatūru, V atkal ir tilpums un T ir temperatūra.
   • Gāzes temperatūra šajā vienādojumā ir norādīta Kelvina grādos, kas tiek noteikta, pievienojot 273 gāzes temperatūras grādiem pēc Celsija.
   • Šīs divas sakarības var apvienot vienā vienādojumā: k = PV / T, ko var rakstīt arī kā PV = kT.

2. 

   
   
   Definējiet, kādos daudzumos mēra gāzes. Gāzēm ir masa un tilpums. Tilpumu parasti mēra litros (l), bet ir divi masas veidi.
   • Parasto masu mēra gramos vai, ja ir pietiekami liela masa, kilogramos.
   • Gāzu viegluma dēļ tos mēra arī citā masas formā, ko sauc par molekulmasu vai molāro masu. Molārā masa ir definēta kā katra savienojuma atoma, no kura veidojas gāze, atomu masu summa ar katru atomu, salīdzinot ar oglekļa vērtību 12.
   • Tā kā atomi un molekulas ir pārāk mazi, lai ar tiem varētu strādāt, gāzu daudzumi tiek noteikti molos. Molu skaitu, kas atrodas noteiktā gāzē, var noteikt, masu dalot ar molisko masu, un to var attēlot ar burtu n.
   • Patvaļīgo konstanti k gāzes vienādojumā mēs varam aizstāt ar reizinājumu n, molu skaitu (mol) un jaunu konstanti R. Tagad vienādojumu var rakstīt nR = PV / T vai PV = nRT.
   • R vērtība ir atkarīga no mērvienībām, ko izmanto gāzu spiediena, tilpuma un temperatūras mērīšanai. Lai noteiktu tilpumu litros, temperatūru Kelvinos un spiedienu atmosfērās, tā vērtība ir 0,0821 L.atm / K.mol. To var arī uzrakstīt L 0,0821 atm K mol, lai izvairītos no sadalīšanas joslas mērvienībās.

3. 

   
   
   Izprot Daltona likumu par daļēju spiedienu. Izstrādājis ķīmiķis un fiziķis Džons Daltons, kurš vispirms attīstīja ķīmisko elementu, kas izgatavoti no atomiem, jēdzienu, Daltona likums nosaka, ka gāzes maisījuma kopējais spiediens ir katras maisījumā esošās gāzes spiediena summa.
   • Daltona likumu var uzrakstīt kā vienādojumu kā P _Kopā = P₁ + P₂ + P₃... ar vienādības zīmi tik daudz papildinājumu, cik maisījumā ir gāzes.
   • Daltona likuma vienādojumu var paplašināt, strādājot ar gāzēm, kuru individuālais daļējais spiediens nav zināms, bet kuru apjomus un temperatūru mēs zinām. Daļējs gāzes spiediens ir tāds pats spiediens, ja vienīgais gāzes daudzums bija vienīgā tvertnē esošā gāze.
   • Katram no daļējiem spiedieniem mēs varam pārrakstīt ideālo gāzes vienādojumu, lai formulas PV = nRT vietā vienādības zīmes kreisajā pusē varētu būt tikai P. Lai to izdarītu, mēs abas puses dalām ar V: PV / V = ​​nRT / V. Kreisajā pusē esošie divi V atceļ viens otru, atstājot P = nRT / V.
   • Pēc tam mēs varam aizstāt katru P parakstīto parciālā spiediena vienādojuma labajā pusē: P_Kopā = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

2. daļa no 3: Parciālā un pēc tam kopējā spiediena aprēķināšana

1. 

   
   
   
   
   Definējiet parciālā spiediena vienādojumu gāzēm, ar kurām strādājat. Šī aprēķina vajadzībām mēs pieņemsim 2 litru balonu, kurā ir trīs gāzes: slāpeklis (N₂), skābeklis (O₂) un oglekļa dioksīdu (CO₂). Katrā no gāzēm ir 10 g, un katras no tām temperatūra kolbā ir 37 ° C. Mums jāatrod katras gāzes daļējais spiediens un kopējais spiediens, ko maisījums izdara uz tvertnes.
   • Mūsu daļējā spiediena vienādojums kļūst par P _Kopā = P _slāpeklis + P _skābeklis + P _{oglekļa dioksīds} .
   • Tā kā mēs cenšamies atrast spiedienu, ko rada katra gāze, mēs zinām tilpumu un temperatūru un mēs varam atrast, cik molu katras gāzes ir, pamatojoties uz masu, mēs varam pārrakstīt šo vienādojumu kā: P_Kopā = (nRT / V) _slāpeklis + (nRT / V) _skābeklis + (nRT / V) _{oglekļa dioksīds}

2. 

   
   
   Konvertējiet temperatūru uz Kelvinu. Temperatūra ir 37 ° C, tāpēc pievienojiet 273 līdz 37, lai iegūtu 310 K.

3. 

   Atrodiet molu skaitu katrai paraugā esošajai gāzei. Gāzes molu skaits ir gāzes masa, kas dalīta ar tās molējo masu, par kuru mēs teicām, ka tā ir katra savienojuma atoma atomu svara summa.
   • Pirmajai gāzei slāpeklis (N₂), katra atoma atomu svars ir 14. Tā kā slāpeklis ir diatomisks (divu atomu molekulārā forma), mums jāreizina 14 ar 2, lai atrastu, ka mūsu paraugā esošā slāpekļa molārā masa ir 28. Tad sadaliet masu gramos, 10 g, par 28, lai iegūtu molu skaitu, kuru mēs tuvināsim līdz 0,4 mol slāpekļa.
   • Otrajai gāzei skābeklis (O₂), katra atoma atomu svars ir 16. Skābeklis ir arī diatomisks, tāpēc reiziniet 16 ar 2, lai atrastu, ka mūsu parauga skābekļa molārā masa ir 32. Dalot 10 g ar 32, mēs iegūstam aptuveni 0,3 mol skābekļa mūsu paraugs.
   • Trešā gāze, oglekļa dioksīds (CO₂), tajā ir 3 atomi: viens ogleklis ar atomu masu 12; un divus skābekli, katra ar atomu masu 16. Mēs pievienojam trīs svarus: 12 + 16 + 16 = 44 molārajai masai. Sadalot 10 g ar 44, iegūstam aptuveni 0,2 mol oglekļa dioksīda.

4. 

   
   
   Nomainiet vērtības ar molu, tilpumu un temperatūru. Mūsu vienādojums tagad izskatās šādi: P_Kopā = (0,4 * R * 310/2) _slāpeklis + (0,3 * R * 310/2) _skābeklis + (0,2 * R * 310/2) _{oglekļa dioksīds}.
   • Vienkāršības labad mēs esam izlaiduši mērvienības, kas pievienotas vērtībām. Šīs vienības tiks atceltas pēc tam, kad būsim veikuši matemātiku, atstājot tikai mērvienību, kuru izmantojam, lai ziņotu par spiedienu.

5. 

   Nomainiet konstantes R vērtību. Mēs atradīsim daļējo un kopējo spiedienu atmosfērā, tāpēc izmantosim R vērtību 0,0821 atm L / K.mol. Vērtības aizstāšana vienādojumā tagad dod mums P_Kopā =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _slāpeklis + (0,3 *0,0821 * 310/2) _skābeklis + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{oglekļa dioksīds} .

6. 

   Aprēķiniet katras gāzes daļējos spiedienus. Tagad, kad mums ir vērtības, ir pienācis laiks veikt matemātiku.
   • Daļējam slāpekļa spiedienam mēs reizinām 0,4 mol ar mūsu 0,0821 konstanti un mūsu 310 K temperatūru un pēc tam dalām ar 2 litriem: aptuveni 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm.
   • Daļējam skābekļa spiedienam mēs reizinām 0,3 mol ar mūsu 0,0821 konstanti un 310 K temperatūru un pēc tam dalām ar 2 litriem: aptuveni 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm.
   • Oglekļa dioksīda daļējam spiedienam mēs reizinām 0,2 mol ar mūsu 0,0821 konstanti un 310 K temperatūru un pēc tam dalām ar 2 litriem: aptuveni 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm.
   • Tagad mēs pievienojam šos spiedienus, lai atrastu kopējo spiedienu: P_Kopā = 5,09 + 3,82 + 2,54 vai aptuveni 11,45 atm.

3. daļa no 3: Kopējā spiediena un pēc tam parciālā spiediena aprēķināšana

1. 

   Definējiet daļējā spiediena vienādojumu tāpat kā iepriekš. Atkal mēs pieņemam, ka 2 litru kolbā ir 3 gāzes: slāpeklis (N₂), skābeklis (O₂) un oglekļa dioksīdu (CO₂). Katrā no gāzēm ir 10 g, un katras gāzes temperatūra kolbā ir 37 grādi pēc Celsija.
   • Temperatūra Kelvinā joprojām būs 310, un, tāpat kā iepriekš, mums ir aptuveni 0,4 mol slāpekļa, 0,3 mol skābekļa un 0,2 mol oglekļa dioksīda.
   • Tāpat atmosfērā joprojām atradīsim spiedienu, tāpēc konstantei R izmantosim vērtību 0,0821 atm L / K.mol.
   • Tātad, mūsu daļējā spiediena vienādojums šajā brīdī joprojām izskatās vienāds: P_Kopā =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _slāpeklis + (0,3 *0,0821 * 310/2) _skābeklis + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{oglekļa dioksīds}.

2. 

   Pievieno katras paraugā esošās gāzes molu skaitu, lai atrastu kopējo gāzu maisījuma molu skaitu. Tā kā tilpums un temperatūra katram gāzes paraugam ir vienādi, nemaz nerunājot par to, ka katra molārā vērtība tiek reizināta ar to pašu konstanti, mēs varam izmantot matemātikas izplatīšanas īpašību, lai pārrakstītu vienādojumu kā P_Kopā = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Pievienojot 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gāzes maisījuma. Tas vēl vairāk vienkāršo P vienādojumu _Kopā = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Aprēķiniet kopējo gāzes maisījuma spiedienu. Aptuveni reizinot 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol.

4. 

   Atrodiet katras gāzes proporciju kopējā maisījumā. Lai to izdarītu, katrai gāzei sadaliet molu skaitu ar kopējo molu skaitu.
   • Ir 0,4 mol slāpekļa, tātad aptuveni 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) parauga.
   • Ir 0,3 mol slāpekļa, tātad aptuveni 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) parauga.
   • Ir 0,2 mol oglekļa dioksīda, tā ka aptuveni 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) parauga.
   • Lai gan aptuvenie iepriekš minētie procenti ir tikai 0,99, faktiskie cipari aiz komata atkārtojas, tāpēc faktiskā summa ir deviņu atkārtošanās virkne aiz komata. Pēc definīcijas tas ir tas pats, kas 1 vai 100%.

5. 

   Katras gāzes proporcionālo vērtību reiziniet ar kopējo spiedienu, lai atrastu parciālo spiedienu.
   • Aptuveni reizinot 0,44 * 11,45 = 5,04 atm.
   • Aptuveni reizinot 0,33 * 11,45 = 3,78 atm.
   • Aptuveni reizinot 0,22 * 11,45 = 2,52 atm.

Padomi

• Jūs pamanīsit nelielu vērtību atšķirību, vispirms atrodot daļējos spiedienus, pēc tam kopējo spiedienu un vispirms atrodot kopējo spiedienu un pēc tam daļējos spiedienus. Atcerieties, ka norādītās vērtības tika uzrādītas kā aptuvenas vērtības, noapaļojot līdz vienai vai divām zīmēm aiz komata, lai vērtības būtu vieglāk saprotamas. Ja veicat aprēķinus ar kalkulatoru, bez noapaļošanas, pamanīsit nelielu neatbilstību starp abām metodēm, ja tādas ir.

Brīdinājumi

• Zināšanas par daļēju gāzes spiedienu nirējiem var kļūt par dzīvības un nāves jautājumu. Pārāk zems skābekļa daļējais spiediens var izraisīt samaņas zudumu un nāvi, savukārt ļoti augsts ūdeņraža vai skābekļa daļējais spiediens var būt arī toksisks.

Nepieciešamie materiāli

• Kalkulators;
• Atomu svara / molāro masu uzziņu grāmata.