Sadržaj

• Koraci
• Savjet
• Upozorenje
• Što trebaš

U kemiji, "parcijalni tlak" je tlak svakog plina u smjesi plinova koji djeluje na okolno okruženje, kao što je uzorak spremnika plina u laboratoriju, ronilački spremnik plina ili okolni prostor. atmosfera. Možete izračunati tlak svakog plina u smjesi ako znate njegovu masu, volumen i temperaturu. Zatim zbrojite parcijalne pritiske da biste dobili ukupni tlak smjese plina ili prvo pronađete ukupni tlak, a zatim parcijalni tlak.

Koraci

Dio 1 od 3: Razumijevanje svojstava plina

1. 

   Tretirajte svaki plin kao "idealan" plin. U kemiji je idealan plin onaj koji komunicira s drugim plinovima, a da ih molekule ne privlače. Molekule plina mogu se sudariti jedna s drugom i odbiti se poput biljarskih kuglica bez deformacije.
   • Tlak idealnog plina raste kako se komprimira u manji prostor, a smanjuje širenjem u veći prostor. Taj je odnos poznat pod nazivom Boyleov zakon (nazvan po znanstveniku Robertu Boyleu). Matematička formula pokazuje da je taj odnos k = P x V, ili jednostavnije k = PV, gdje je k stalni odnos tlaka i volumena, P je tlak, a V tijelo područje.
   • Problemu se može dati tlak u jednoj od mnogo različitih jedinica. U kojem se paskal (Pa) definira kao sila njutna koji djeluje na kvadratni metar. Druga jedinica je atmosfera (atm), koja se definira kao pritisak zemljine atmosfere na nadmorskoj visini koja je jednaka razini mora. Tlak od 1 atm je 101.325 Pa.
   • Temperatura idealnog plina raste kako se volumen povećava, a smanjuje kako se volumen smanjuje. Taj je odnos poznat pod nazivom Charlesov zakon (nazvan po znanstveniku Jacquesu Charlesu). Matematička formula za to je k = V / T, gdje je k stalni odnos volumena i temperature, V volumen i T temperatura.
   • Temperatura plina u ovoj jednadžbi izračunava se u stupnjevima Kelvina, a stupnjeva Kelvina dodavanjem stupnjeva Celzija za 273.
   • Te se dvije relacije mogu kombinirati u jednu jednadžbu: k = PV / T ili se mogu zapisati kao PV = kT.

2. 

   
   
   Definira jedinicu mase koja se koristi za mjerenje plina. Plin ima i masu i zapreminu. Količine se obično mjere u litrama (l), ali postoje dvije mase plina.
   • Uobičajene mase mjere se u gramima ili, ako je masa dovoljno velika, u kilogramima.
   • Budući da je većina plinova često tako lagana, oni se mjere i s drugim oblikom mase koji se naziva molarna masa ili molarna masa. Molarna masa definira se kao zbroj atomske mase svakog atoma u sastavu plina, s masom svakog atoma u usporedbi s masom ugljika (vrijednost 12).
   • Budući da su atomi i molekule tako mali za izračunavanje, masa plina definirana je u molovima. Broj molova u količini plina može se izračunati dijeljenjem mase plina s molarnom masom, a označava se slovom n.
   • Bilo koju konstantu k u jednadžbi plina možemo zamijeniti umnoškom n, broja molova i novom konstantom R. Sada imamo jednadžbu nR = PV / T ili PV = nRT.
   • Vrijednost R ovisi o jedinici koja se koristi za mjerenje tlaka, volumena i temperature plina. Ako je zapremina u litrama, temperatura u stupnjevima Kelvina i tlak u atmosferama, to je 0,0821 L atm / K mol. Također možete napisati 0,0821 L atm K mol da ne biste morali koristiti kosu crtu podjele u mjernim jedinicama.

3. 

   
   
   Daltonov zakon parcijalnog pritiska. Ovaj zakon predložio je kemičar i fizičar John Dalton, koji je prvi put predstavio koncept kemijskog elementa izrađenog od atoma. Daltonov zakon kaže da je ukupni tlak smjese plina ukupni tlak svakog plina u smjesi.
   • Daltonov zakon može se zapisati u jednadžbu nakon P_ukupno = P₁ + P₂ + P₃ ... s količinom tlaka P jednakom broju plinova u smjesi.
   • Jednadžba Daltonova zakona može se razviti kada se radi o plinovima čiji je parcijalni tlak nepoznat, ali čiji su volumen i temperatura poznati. Parcijalni tlak plina je tlak koji vrši ista količina plina u spremniku koji sadrži samo njega.
   • Za svaki parcijalni tlak možemo prepisati jednadžbu idealnog plina PV = nRT u oblik samo P na lijevoj strani predznaka jednakosti. Dakle, moramo dvije strane podijeliti s V: PV / V = ​​nRT / V. Dva V-a na lijevoj strani se eliminiraju, ostavljajući P = nRT / V na kraju.
   • Zatim zamijenite ovu formulu sa svakim slovom P na desnoj strani jednadžbe parcijalnog tlaka: P_ukupno = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   oglas

Dio 2 od 3: Izračunajte parcijalni tlak, a zatim ukupni tlak

1. 

   
   
   
   
   Odrediti jednadžbe parcijalnog tlaka za zadane probleme. Da bismo ilustrirali ovaj izračun, pretpostavimo da imamo bocu od 2 litre koja sadrži 3 plina: dušik (N₂), kisik (O₂) i ugljični dioksid (CO₂). Svaki plin ima 10 g, a temperatura svakog plina u boci je 37 Celzijevih stupnjeva. Moramo pronaći parcijalni tlak svakog plina i ukupni tlak mješavine plina koji djeluje na cilindar.
   • Jednadžba parcijalnog tlaka napisana je kako slijedi P_ukupno = P_Dušik + P_kisik + P_{ugljični dioksid}.
   • Budući da tražimo tlak svakog plina, znamo zapreminu, temperaturu i možemo pronaći molski broj svakog plina na temelju njihove mase, jednadžba se prepisuje u: P_ukupno = (nRT / V) _Dušik + (nRT / V) _kisik + (nRT / V) _{ugljični dioksid}

2. 

   
   
   Pretvorite temperaturu u stupnjeve Kelvina. Temperatura plinova je 37 Celzijevih stupnjeva, pa dodamo 37 plus 273 da se dobije 310 stupnjeva K.

3. 

   Pronađite broj molova svakog plina u boci. Broj molova plina je masa plina podijeljena s molarnom masom, pri čemu je molarna masa ukupna masa svakog atoma koji čini tvar.
   • Za prvi plin dušik ima molekulsku formulu (N₂), svaki atom ima masu 14. Budući da molekula dušika ima dva atoma, moramo pomnožiti 14 s 2 da bismo dobili molekulsku težinu dušika 28. Tada masu u gramima podijeliti s 10 g. dajte 28 da biste dobili broj molova, rezultat zaokružite na približno 0,4 mola plina dušika.
   • Za drugi plin kisik ima molekulsku formulu (O₂), svaki atom ima masu 16. Molekula kisika također ima dva atoma, moramo pomnožiti 16 sa 2 da bismo dobili masu molekule kisika od 32. Podjelom 10 g sa 32 daje se približni rezultat. 0,3 mola kisika u boci.
   • Treći plin je formula ugljični dioksid (CO₂), postoje 3 atoma: jedan atom ugljika mase 12, dva atoma kisika sa svakim atomom mase 16. Dodamo masu tri atoma: 12 + 16 + 16 = 44 je masa molekula. Dijeljenjem 10g sa 44 dobije se približno 0,2 mola ugljičnog dioksida.

4. 

   
   
   U jednadžbu priključite vrijednosti za mol, volumen i temperaturu. Sada jednadžba izgleda ovako: P_ukupno = (0,4 * R * 310/2) _Dušik + (0,3 * R * 310/2) _kisik + (0,2 * R * 310/2) _{ugljični dioksid}.
   • Radi jednostavnosti izostavljamo mjernu jedinicu za vrijednosti. Te jedinice uništit će se nakon što riješite jednadžbu, a u jedinici tlaka ostaje samo mjerna jedinica rezultata.

5. 

   Zamijenite vrijednost konstante R. Izradit ćemo rezultate parcijalnog tlaka i ukupnog tlaka u atmosferi, pa ćemo upotrijebiti vrijednost R od 0,0821 L atm / K mol. Stavljanjem ove vrijednosti u jednadžbu dobije se P_ukupno =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Dušik + (0,3 *0,0821 * 310/2) _kisik + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{ugljični dioksid}.

6. 

   Izračunajte parcijalni tlak svakog plina. Sad kad smo uključili svoje vrijednosti, sljedeće što treba učiniti je riješiti ih.
   • Za parcijalni tlak dušika pomnožite 0,4 mol s konstantom 0,0821 i temperaturom 310 stupnjeva K, a zatim podijelite s 2 litre: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm (približno)
   • Za parcijalni tlak kisika pomnožite 0,3 mol s konstantom 0,0821 i temperaturom 310 stupnjeva K, a zatim podijelite s 2 litre: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm (približno).
   • Za parcijalni tlak ugljičnog dioksida pomnožite 0,2 mol s konstantom 0,0821 i temperaturom 310 stupnjeva K, a zatim podijelite s 2 litre: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm (približno)
   • Sada zbrojite ove pritiske da biste pronašli ukupni tlak: P_ukupno = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 atm (približno).
   oglas

Dio 3 od 3: Izračunajte ukupni tlak, a zatim parcijalni tlak

1. 

   Odredite jednadžbu parcijalnog tlaka kao gore. Opet, pretpostavimo da imamo bocu od 2 litre koja sadrži 3 plina: dušik (N₂), kisik (O₂) i ugljični dioksid (CO₂). Svaki plin ima 10 g, a temperatura svakog plina u cilindru je 37 Celzijevih stupnjeva.
   • Kelvinova temperatura je i dalje 310 stupnjeva, a kao i prije, imamo približno 0,4 mol dušika, 0,3 mol kisika i 0,2 mola ugljičnog dioksida.
   • Slično tome, izračunat ćemo rezultate u atmosferi pa ćemo upotrijebiti vrijednost R od 0,0821 L atm / K mol.
   • U ovom trenutku ostaje jednadžba parcijalnog tlaka: P_ukupno =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Dušik + (0,3 *0,0821 * 310/2) _kisik + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{ugljični dioksid}.

2. 

   Zbrojite mola svakog plina u cilindru da biste pronašli ukupni mola mješavine plina. Budući da su volumen i temperatura plinova u cilindru jednaki, a molekularna masa svakog plina također se pomnoži s istom konstantom, možemo koristiti distribucijsko svojstvo matematike da prepišemo jednadžbu. Proces je P_ukupno = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Dodati 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mola mješavine plina. Jednadžba se dalje svodi na P_ukupno = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Pronađite ukupni tlak smjese plina. Uzmi 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol (približno).

4. 

   Pronađite udio svakog plina koji čini smjesu. Broj molova po plinu podijelite s ukupnim molovima mješavine plina.
   • Imamo 0,4 mola dušika, tako da uzmemo 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) u smjesi plina (približno).
   • Imamo 0,3 mola kisika pa uzimamo 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) u smjesi plina (približno).
   • Imamo 0,2 mola ugljičnog dioksida pa u smjesu plinova unosimo 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) (približno).
   • Iako se gornji približni postoci iznose samo 0,99, u stvarnosti se decimale neprestano ponavljaju, a zbroj je niz 9 sekundi nakon zareza. Po definiciji to je ekvivalentno 1 ili 100 posto.

5. 

   Pomnožite omjer mase po plinu s ukupnim tlakom da biste pronašli parcijalni tlak.
   • Uzmite 0,44 * 11,45 = 5,04 atm (približno).
   • Uzmite 0,33 * 11,45 = 3,78 atm (približno).
   • Uzmite 0,22 * 11,45 = 2,52 atm (približno).
   oglas

Savjet

• Primijetit ćete laganu neusklađenost između izračuna parcijalnog tlaka i izračuna parcijalnog tlaka prvo i izračuna parcijalnog tlaka. Imajte na umu da su izračunate vrijednosti samo približne jer zaokružujemo na 1 ili 2 broja nakon zareza kako bismo ih pojednostavili.Ako za izračunavanje bez zaokruživanja koristimo kalkulator, odstupanje između ove dvije metode bit će još manje, čak ni manje.

Upozorenje

• Za ronioce je znanje o parcijalnom tlaku plina posebno važno jer je povezano s njihovim životom. Prenizak parcijalni tlak kisika može uzrokovati gubitak svijesti ili smrt, dok previsok parcijalni tlak dušika ili kisika može uzrokovati trovanje.

Što trebaš

• Laptop
• Referentna knjiga za atomsku masu / molarnu masu