Kā aprēķināt daļēju spiedienu: 14 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: Jason Gerald | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-19 22:13

"Daļējs spiediens" ķīmijā ir spiediens, ko katra gāze gāzes maisījumā rada uz savu apkārtni, piemēram, mērkolbu, niršanas gaisa tvertni vai atmosfēras robežu. Jūs varat aprēķināt katras gāzes spiedienu maisījumā, ja zināt gāzes daudzumu, tā tilpumu un temperatūru. Daļējos spiedienus var saskaitīt kopā, lai aprēķinātu kopējo gāzes maisījuma spiedienu. No otras puses, kopējo spiedienu var iepriekš aprēķināt, lai aprēķinātu daļējo spiedienu.

Solis

1. daļa no 3: Gāzu īpašību izpratne

1. solis. Apstrādājiet katru gāzi kā “ideālu” gāzi

Ķīmijā ideāla gāze ir gāze, kas mijiedarbojas ar citām gāzēm, nepiesaistot tās molekulām. Molekulas, kas ir vientuļas, var sasisties un atlēkt kā biljarda bumbiņas, tās nesabojājot.

Ideālas gāzes spiediens palielinās, ja to saspiež mazākā telpā, un samazinās, kad tā izplešas lielākā telpā. Šīs attiecības sauc par Boila likumu, ko radījis Roberts Boils. Matemātiski formula ir k = P x V vai vienkāršota līdz k = PV, k ir konstante, P ir spiediens, bet V ir tilpums.
Spiedienam ir vairākas iespējamās vienības. Viens no tiem ir Pascal (Pa). Šī vienība ir definēta kā viena ņūtona spēks, kas pielietots viena kvadrātmetra virsmas laukumam. Vēl viena vienība ir atmosfēra (atm). Atmosfēra ir Zemes atmosfēras spiediens jūras līmenī. Spiediens 1 atm atbilst 101 325 Pa.
Ideālas gāzes temperatūra paaugstinās, palielinoties tilpumam, un samazinās, samazinoties tilpumam. Šīs attiecības sauc par Kārļa likumu, ko radījis zinātnieks Žaks Čārlzs. Matemātiskā formula ir k = V / T, kur k ir tilpuma un temperatūras konstante, V ir tilpums un T ir temperatūra.
Gāzes temperatūra šajā vienādojumā ir norādīta Kelvina grādos, ko iegūst, pievienojot skaitli 273 grādu vērtībai pēc Celsija.
Abas iepriekš minētās formulas var apvienot ar vienu vienādojumu: k = PV / T, ko var rakstīt arī kā PV = kT.

2. solis. Nosakiet izmērāmās gāzes daudzumu

Gāzēm ir masa un tilpums. Tilpumu parasti mēra litros (l), bet ir divu veidu masa.

Parastā masa tiek mērīta gramos, bet lielākos daudzumos vienība ir kilogrami.
Tā kā gāzes ir ļoti vieglas, izmantotās vienības ir molekulmasa vai molārā masa. Molmasa ir katra atoma kopējo atomu masu summa savienojumā, kas veido gāzi, katrs atoms salīdzinājumā ar skaitli 12 ogleklim.
Tā kā atomi un molekulas ir pārāk mazi, lai tos saskaitītu, gāzes daudzums ir norādīts molos. Konkrētajā gāzē esošo molu skaitu var iegūt, dalot masu ar molāro masu un apzīmējot ar burtu n.
Konstantu K gāzes vienādojumā var aizstāt ar reizinājumu n, molu skaitu (molu) un jauno konstanti R. Tagad formula ir nR = PV/T vai PV = nRT.
R vērtība ir atkarīga no mērvienībām, ko izmanto gāzes spiediena, tilpuma un temperatūras mērīšanai. Tilpumam litros, temperatūrai Kelvinos un spiedienam atmosfērā vērtība ir 0,0821 L atm/K mol. Šo vērtību var uzrakstīt kā 0,0821 L atm K^-1 kurmis ^-1 lai neizmantotu slīpsvītras, lai attēlotu dalījumus mērvienībās.

3. Izprotiet Daltona daļējā spiediena likumu

Šo likumu izstrādāja ķīmiķis un fiziķis Džons Daltons, kurš vispirms izstrādāja koncepciju, ka ķīmiskie elementi sastāv no atomiem. Daltona likums nosaka, ka gāzu maisījuma kopējais spiediens ir atsevišķu gāzu spiediena summa maisījumā..

Daltona likumu var uzrakstīt šādas formulas P veidā_Kopā = P.₁ + P.₂ + P.₃ … P daudzums pa labi no zīmes ir vienāds ar gāzes daudzumu maisījumā.
Daltona likuma formulu var pagarināt, strādājot ar dažādām gāzēm, kurās katras gāzes daļējais spiediens nav zināms, bet kuru tilpums un temperatūra ir zināmi. Gāzes daļējais spiediens ir vienāds ar spiedienu, kas paredz, ka gāze tādā daudzumā ir vienīgā gāze tvertnē.
Katram daļējam spiedienam var izmantot ideālās gāzes formulu. Tā vietā, lai izmantotu PV = nRT, var izmantot tikai P kreisajā pusē. Šim nolūkam abas puses tiek dalītas ar V: PV/V = nRT/V. Abi V labajā pusē atceļ viens otru, atstājot P = nRT/V.
Mēs varam to izmantot, lai aizstātu katru P labajā pusē, kas daļēja spiediena formulā apzīmē noteiktu gāzi: P_Kopā = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

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

1. solis. Nosakiet katras aprēķinātās gāzes daļējā spiediena vienādojumu

Šim aprēķinam tiek pieņemts, ka 2 litru kolbā ir 3 gāzes: slāpeklis (N₂), skābeklis (O₂) un oglekļa dioksīdu (CO₂). Katras gāzes masa ir 10 g, un temperatūra ir 37 grādi pēc Celsija. Mēs aprēķināsim katras gāzes daļējo spiedienu un kopējo gāzes maisījuma spiedienu ķīmiskajā kolbā.

Daļējā spiediena formula ir P_Kopā = P._slāpeklis + P._skābekli + P._{oglekļa dioksīds}.
Tā kā mēs meklējam spiedienu katrai gāzei ar zināmu tilpumu un temperatūru, katras gāzes molu skaitu var aprēķināt, pamatojoties uz tās masu. Formulu var mainīt uz: P_Kopā = (nRT/V) _slāpeklis + (nRT/V) _skābekli + (nRT/V) _{oglekļa dioksīds}

2. solis. Pārvērtiet temperatūru par Kelvina grādiem

Temperatūra pēc Celsija ir 37 grādi, tāpēc pievienojiet 273 līdz 37, lai iegūtu 310 grādus K.

3. solis. Atrodiet katras paraugā esošās gāzes molu skaitu

Gāzes molu skaits ir gāzes masa, kas dalīta ar tās molmasu, kas ir katra maisījuma atoma atomu masu summa.

Slāpekļa gāzei (N₂), katra atoma atomu masa ir 14. Tā kā slāpeklis ir diatomisks (divu atomu molekula), tad vērtība 14 jāreizina ar 2, lai iegūtu slāpekļa molmasu 28 šajā paraugā. Tālāk masa gramos, 10 g, tiek dalīta ar 28, lai iegūtu molu skaitu, tāpēc rezultāts ir aptuveni 0,4 mol slāpekļa.
Nākamajai gāzei skābeklis (O₂), katra atoma atomu masa ir 16. Skābeklis ir arī diatomisks, tāpēc 16 reizes 2 dod skābekļa molmasu paraugā 32. 10 grami dalīti ar 32 dod aptuveni 0,3 molu skābekļa.
Nākamais ir oglekļa dioksīds (CO₂), kurā ir 3 atomi, proti, viens oglekļa atoms ar atomu masu 12 un divi skābekļa atomi ar atomu masu 16. Šīs trīs atomu masas tiek pievienotas, lai iegūtu molmasu: 12 + 16 + 16 = 44. Nākamie 10 grami tiek dalīti ar 44, tāpēc rezultāts ir aptuveni 0,2 moli oglekļa dioksīda.

4. solis. Ievadiet molu vērtības, tilpumu un temperatūru

Skaitļi tika ievadīti formulā: P_Kopā = (0, 4 * R * 310/2) _slāpeklis + (0, 3 * R * 310/2) _skābekli + (0, 2 * R * 310/2) _{oglekļa dioksīds}.

Vienkāršības labad vienības nav rakstītas. Šīs vienības tiks izdzēstas matemātiskajos aprēķinos, atstājot tikai spiediena vienības

5. solis. Ievadiet konstantes R vērtību

Kopējais un daļējais spiediens tiks izteikts atmosfēras vienībās, tāpēc izmantotā R vērtība ir 0,0821 L atm/K mol. Pēc tam šī vērtība tiek ievadīta vienādojumā, lai formula būtu P_Kopā =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _slāpeklis + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _skābekli + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{oglekļa dioksīds}.

6. solis. Aprēķiniet katras gāzes daļējo spiedienu

Tagad, kad ir pieejamas visas nepieciešamās vērtības, ir pienācis laiks veikt aprēķinus.

Slāpekļa daļējam spiedienam 0,4 moli tiek reizināti ar konstanti 0,0821 un temperatūru 310 grādi K, pēc tam dalot ar 2 litriem: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, aptuveni.
Skābekļa daļējam spiedienam 0,3 moli reizina ar konstanti 0,0821 un temperatūru 310 grādi K, pēc tam dalot ar 2 litriem: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, aptuveni.
Oglekļa dioksīda daļējam spiedienam 0,2 moli tiek reizināti ar konstanti 0,0821 un temperatūru 310 grādi K, pēc tam dalot ar 2 litriem: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = aptuveni 2,54 atm.
Trīs daļējie spiedieni tiek saskaitīti kopā, lai iegūtu kopējo spiedienu: P_Kopā = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 vai 11,45 atm, vairāk vai mazāk.

3. daļa no 3: Kopējā spiediena aprēķināšana, pēc tam daļēja

1. solis. Nosakiet daļējā spiediena formulu tāpat kā iepriekš

Atkal pieņemsim, ka 2 litru kolbā ir 3 dažādas gāzes: slāpeklis (N₂), skābeklis (O₂) un oglekļa dioksīdu (CO₂). Katras gāzes masa ir 10 grami, un katras temperatūra ir 37 grādi pēc Celsija.

Kelvina temperatūra joprojām ir tāda pati 310 grādi, un molu skaits ir aptuveni 0,4 mol slāpekļa, 0,3 mol skābekļa un 0,2 mol oglekļa dioksīda.
Izmantotā spiediena vienība ir arī atmosfēra, tāpēc konstantes R vērtība ir 0,0821 L atm/K mol.
Tātad daļējā spiediena vienādojums šajā brīdī joprojām ir vienāds: P_Kopā =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _slāpeklis + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _skābekli + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{oglekļa dioksīds}.

2. solis. Pievienojiet katras gāzes molu skaitu paraugā, lai iegūtu kopējo gāzu maisījuma molu skaitu

Tā kā tilpums un temperatūra katram gāzes paraugam ir vienādi un katra molārā vērtība tiek reizināta ar to pašu konstanti, mēs varam izmantot matemātikas sadalījuma īpašību, lai pārrakstītu vienādojumu šādi:_Kopā = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Dariet summas: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gāzes maisījuma. Vienādojums būs vienkāršāks, proti, P._Kopā = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Solis 3. Aprēķiniet gāzes maisījuma kopējo spiedienu

Veiciet reizināšanu: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 moli, vairāk vai mazāk.

4. solis. Aprēķiniet katras gāzes daļu, kas veido maisījumu

Lai aprēķinātu katras gāzes īpatsvaru maisījumā, daliet katras gāzes molu skaitu ar kopējo molu skaitu.

Ir 0,4 moli slāpekļa, tātad 0,4/0,9 = 0,44 (44 procenti) paraugs, vairāk vai mazāk.
Ir 0,3 moli slāpekļa, tātad 0,3/0,9 = 0,33 (33 procenti) parauga, vairāk vai mazāk.
Ir 0,2 moli oglekļa dioksīda, tātad 0,2/0,9 = 0,22 (22 procenti) parauga, vairāk vai mazāk.
Lai gan iepriekš aprēķinātais procentuālais aprēķins atgriež 0,99, faktiskā decimālā vērtība atkārtojas. Tas nozīmē, ka pēc komata skaitlis ir 9, kas atkārtojas. Pēc definīcijas šī vērtība ir vienāda ar 1 vai 100 procentiem.