Зміст

• Кроки
• Поради
• Попередження
• Необхідні матеріали

У хімії під "парціальним тиском" мається на увазі тиск, який кожен газ у газовій суміші чинить на своє оточення, наприклад, пляшку для зразків, резервуар для зануреного повітря або межі атмосфери. Ви можете розрахувати тиск кожного газу в суміші, якщо знаєте, скільки його є, який об’єм він займає та його температуру. Потім ви можете додати ці парціальні тиски, щоб знайти загальний тиск газової суміші, або ви можете спочатку знайти загальний тиск, а потім знайти парціальний тиск.

Кроки

Частина 1 з 3: Розуміння властивостей газів

1. 

   Ставтеся до кожного газу як до «ідеального» газу. Ідеальним газом у хімії є той, який взаємодіє з іншими газами, не притягуючись до своїх молекул. Окремі молекули можуть вражати одна одну і відскакувати, як більярдні кулі, не деформуючись при цьому жодним чином.
   • Ідеальний тиск газу збільшується в міру стиснення в менші простори і зменшується в міру розширення на більші площі. Ці відносини називаються законом Бойля, на честь Роберта Бойла. Це математично описується як k = P x V або, простіше кажучи, k = PV, де k являє собою постійний зв’язок, P являє тиск, а V - об’єм.
   • Тиск можна визначити, використовуючи одну з кількох можливих одиниць. Одним з них є Паскаль (Па), який визначається як сила Ньютона, що застосовується до квадратного метра. Іншим є атмосфера (атм), що визначається як тиск атмосфери Землі на рівні моря. Тиск в 1 атм дорівнює 101 325 Па.
   • Ідеальні температури газу зростають із збільшенням та зменшенням обсягів. Цей взаємозв'язок називається Законом Чарльза за іменом Жака Шарля і математично описується як k = V / t, де k являє собою зв'язок між постійним об'ємом і температурою, V знову представляє об'єм, а T - температуру.
   • Температури газу в цьому рівнянні наведені в градусах Кельвіна, які визначаються додаванням 273 до кількості градусів Цельсія температури газу.
   • Ці два співвідношення можна об'єднати в одне рівняння: k = PV / T, яке також можна записати як PV = kT.

2. 

   
   
   Визначте, в яких кількостях вимірюються гази. Гази мають масу і об’єм. Обсяг зазвичай вимірюється в літрах (л), але існує два типи маси.
   • Звичайна маса вимірюється в грамах або, якщо маса досить велика, кілограмах.
   • Через легкість газів вони також вимірюються в іншій формі маси, яка називається молекулярною масою або молярною масою. Молярна маса визначається як сума атомних ваг кожного атома сполуки, з якої утворений газ, з кожним атомом у порівнянні зі значенням 12 для вуглецю.
   • Оскільки атоми та молекули замалі для роботи, кількість газів визначається в молях. Кількість родимок, присутніх у даному газі, можна визначити, поділивши масу на молярну масу, і представити буквою n.
   • Ми можемо замінити довільну константу k у рівнянні газу добутком n, кількості молей (моль) та новою константою R. Рівняння тепер можна записати nR = PV / T або PV = nRT.
   • Значення R залежить від одиниць виміру, що використовуються для вимірювання тиску, об'єму та температури газів. Для ідентифікації об’єму в літрах, температури в Кельвіні та тиску в атмосферах його значення становить 0,0821 л. Атм / К моль.Це також можна записати L 0,0821 атм K моль, щоб уникнути розщеплення бар в одиницях виміру.

3. 

   
   
   Зрозумійте закон парціального тиску Далтона. Закон Дальтона, розроблений хіміком і фізиком Джоном Далтоном, який вперше висунув концепцію хімічних елементів, що складаються з атомів, стверджує, що загальний тиск газової суміші є сумою тисків кожного з газів у суміші.
   • Закон Дальтона можна записати як рівняння як P _усього = Р₁ + P₂ + P₃... з такою кількістю додатків після знака рівності, скільки газів у суміші.
   • Рівняння Закону Далтона можна розширити при роботі з газами, окремі парціальні тиски яких невідомі, але про які ми знаємо їх обсяги та температури. Парціальний тиск газу - це той самий тиск, якщо однакова кількість газу була єдиним газом у контейнері.
   • Для кожного з парціальних тисків ми можемо переписати рівняння ідеального газу так, що замість формули PV = nRT ми можемо мати лише P зліва від знака рівності. Для цього ми ділимо обидві сторони на V: PV / V = ​​nRT / V. Два Vs на лівій стороні відміняють одна одну, залишаючи P = nRT / V.
   • Потім ми можемо замінити кожен P, підписаний у правій частині рівняння парціального тиску: P_усього = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Частина 2 з 3: Розрахунок парціального, а потім загального тиску

1. 

   
   
   
   
   Визначте рівняння парціального тиску для газів, з якими ви працюєте. Для цілей цього розрахунку ми будемо вважати 2-літрову кулю, яка вміщує три гази: азот (N₂), кисень (O₂) і вуглекислий газ (CO₂). У кожному з газів по 10 г, і температура кожного з них у колбі становить 37 ° Цельсія. Нам потрібно знайти парціальний тиск кожного газу та загальний тиск, який суміш чинить на ємність.
   • Наше рівняння парціального тиску стає P _усього = Р _азоту + P _кисень + P _{вуглекислий газ} .
   • Оскільки ми намагаємося знайти тиск, який чинить кожен газ, ми знаємо об’єм і температуру і можемо знайти, скільки молей кожного газу присутні на основі маси, ми можемо переписати це рівняння як: P_усього = (nRT / V) _азоту + (nRT / V) _кисень + (nRT / V) _{вуглекислий газ}

2. 

   
   
   Перетворіть температуру в кельвінів. Температура становить 37 ° Цельсія, тому додайте 273 до 37, щоб отримати 310 К.

3. 

   Знайдіть кількість молей для кожного з газів у зразку. Кількість молей газу - це маса газу, яка ділиться на його молярну масу, яка, як ми казали, є сумою атомних ваг кожного атома сполуки.
   • Для першого газу азот (N₂), кожен атом має атомну масу 14. Оскільки азот двоатомний (молекулярна форма двох атомів), нам потрібно помножити 14 на 2, щоб виявити, що азот у нашій пробі має молярну масу 28. Потім розділіть масу в грамах, 10 г, на 28, щоб отримати кількість родимок, яку ми приблизно становитимемо 0,4 моль азоту.
   • Для другого газу - кисень (O₂), кожен атом має атомну масу 16. Кисень також двохатомний, тому помножте 16 на 2, щоб виявити, що кисень у нашому зразку має молярну масу 32. Поділ 10 г на 32 дає нам приблизно 0,3 моль кисню в нашому зразок.
   • Третій газ, вуглекислий газ (CO₂), має 3 атоми: один вуглець, з атомною масою 12; і два кисню, кожен з атомною масою 16. Додаємо три ваги: ​​12 + 16 + 16 = 44 для молярної маси. Поділ 10 г на 44 дає нам приблизно 0,2 моль вуглекислого газу.

4. 

   
   
   Замініть значення на родимки, об’єм та температуру. Наше рівняння тепер виглядає так: P_усього = (0,4 * R * 310/2) _азоту + (0,3 * R * 310/2) _кисень + (0,2 * R * 310/2) _{вуглекислий газ}.
   • Для простоти ми залишили одиниці виміру, що супроводжують значення. Ці одиниці буде скасовано після того, як ми підрахуємо, залишивши лише одиницю виміру, яку ми використовуємо для звітування про тиск.

5. 

   Підставте значення константи R. Ми знайдемо парціальний і загальний тиск в атмосферах, тому будемо використовувати значення R 0,0821 атм L / K.mol. Підставивши значення в рівняння, ми отримаємо P_усього =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _азоту + (0,3 *0,0821 * 310/2) _кисень + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{вуглекислий газ} .

6. 

   Обчисліть парціальний тиск для кожного газу. Тепер, коли у нас є значення, настав час підрахувати.
   • Для парціального тиску азоту ми множимо 0,4 моль на нашу постійну 0,0821 і нашу температуру 310 К, а потім ділимо на 2 літри: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 атм, приблизно.
   • Для часткового тиску кисню ми помножуємо 0,3 моль на нашу постійну 0,0821 і нашу температуру 310 К, а потім ділимо на 2 літри: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 атм, приблизно.
   • Для парціального тиску вуглекислого газу ми множимо 0,2 моль на нашу постійну 0,0821 і температуру 310 К, а потім ділимо на 2 літри: приблизно 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 атм.
   • Тепер ми додамо ці тиски, щоб знайти загальний тиск: P_усього = 5,09 + 3,82 + 2,54, або приблизно 11,45 атм.

Частина 3 з 3: Розрахунок загального тиску, а потім парціального тиску

1. 

   Визначте рівняння парціального тиску, як і раніше. Знову ж ми припускаємо, що 2-літрова колба містить 3 гази: азот (N₂), кисень (O₂) і вуглекислий газ (CO₂). У кожному газові є 10 г, а температура кожного з газів у колбі становить 37 градусів Цельсія.
   • Температура в Кельвіні все ще буде 310, і, як і раніше, ми маємо близько 0,4 моль азоту, 0,3 моль кисню і 0,2 моль вуглекислого газу.
   • Так само ми все ще знаходимо тиск в атмосферах, тому для константи R будемо використовувати значення 0,0821 атм L / K.mol.
   • Отже, наше рівняння парціального тиску в цей момент виглядає однаково: P_усього =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _азоту + (0,3 *0,0821 * 310/2) _кисень + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{вуглекислий газ}.

2. 

   Додайте кількість молей кожного з газів у зразку, щоб знайти загальну кількість молей газової суміші. Оскільки об'єм і температура однакові для кожного зразка в газі, не кажучи вже про те, що кожне молярне значення множиться на одну і ту ж константу, ми можемо використовувати розподільну властивість математики, щоб переписати рівняння як P_усього = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Додавання 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 моль газової суміші. Це ще більше спрощує рівняння для P _усього = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Обчисліть загальний тиск газової суміші. Множення 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 моль, приблизно.

4. 

   Знайдіть частку кожного газу в загальній суміші. Для цього розділіть кількість родимок для кожного з газів на загальну кількість родимок.
   • Азоту 0,4 моль, отже, 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) зразка, приблизно.
   • Вміщується 0,3 моль азоту, отже, 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) зразка, приблизно.
   • Існує 0,2 моль вуглекислого газу, так що приблизно 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) зразка.
   • Хоча приблизні відсотки вище складають лише 0,99, фактичні десяткові числа повторюються, тому фактична сума являє собою серію повторень дев'яток після десяткової. За визначенням, це те саме, що 1, або 100%.

5. 

   Помножте пропорційне значення кожного газу на загальний тиск, щоб знайти парціальний тиск.
   • Множення 0,44 * 11,45 = 5,04 атм, приблизно.
   • Помножуючи приблизно 0,33 * 11,45 = 3,78 атм.
   • Помноживши приблизно 0,22 * 11,45 = 2,52 атм.

Поради

• Ви помітите невелику різницю в значеннях, знайшовши спочатку парціальний тиск, потім загальний тиск і спочатку знайшовши загальний тиск, а потім парціальний тиск. Пам’ятайте, що дані значення були представлені як приблизні значення завдяки округленню до одного чи двох знаків після коми, щоб зробити значення легшими для розуміння. Якщо ви робите обчислення за допомогою калькулятора, без округлення, ви помітите незначну, якщо вона є, розбіжність між цими двома методами.

Попередження

• Знання про частковий тиск газу може стати питанням життя та смерті для дайверів. Занадто низький парціальний тиск кисню може призвести до втрати свідомості та смерті, тоді як дуже високий парціальний тиск водню або кисню також може бути токсичним.

Необхідні матеріали

• Калькулятор;
• Довідник атомних ваг / молярних мас.