Indhold

• Trin
• Tips
• Advarsler
• Nødvendige materialer

I kemi henviser "partielt tryk" til det tryk, som hver gas i en gasblanding udøver mod omgivelserne, såsom en prøveflaske, en dykkerluftbeholder eller en atmosfære. Du kan beregne trykket for hver gas i en blanding, hvis du ved, hvor meget af den der er, hvilket volumen den optager og dens temperatur. Du kan derefter tilføje disse partialtryk for at finde det totale tryk i gasblandingen, eller du kan først finde det samlede tryk og derefter finde det delvise tryk.

Trin

Del 1 af 3: Forståelse af gassernes egenskaber

1. 

   Behandl hver gas som en "ideel" gas. En ideel gas inden for kemi er en, der interagerer med andre gasser uden at blive tiltrukket af dens molekyler. Individuelle molekyler kan ramme hinanden og hoppe ud som billardkugler uden at blive deformeret på nogen måde.
   • Ideelle gastryk stiger, når de komprimeres til mindre rum og falder, når de udvides til større områder. Dette forhold kaldes Boyles lov efter Robert Boyle. Det beskrives matematisk som k = P x V eller mere simpelt k = PV, hvor k repræsenterer det konstante forhold, P repræsenterer tryk og V repræsenterer volumen.
   • Trykket kan bestemmes ved hjælp af en af ​​flere mulige enheder. Den ene er Pascal (Pa), defineret som en Newton-kraft, der påføres over en kvadratmeter. En anden er atmosfæren (atm) defineret som trykket fra jordens atmosfære ved havets overflade. Et tryk på 1 atm er lig med 101.325 Pa.
   • De ideelle gastemperaturer stiger, når volumener stiger og falder. Dette forhold kaldes Charles's Law efter Jacques Charles og beskrives matematisk som k = V / t, hvor k repræsenterer forholdet mellem konstant volumen og temperatur, V repræsenterer volumen igen og T repræsenterer temperatur.
   • Gastemperaturen i denne ligning er angivet i grader Kelvin, som findes ved at tilføje 273 til antallet af grader Celsius af gastemperaturen.
   • Disse to forhold kan kombineres i en enkelt ligning: k = PV / T, som også kan skrives som PV = kT.

2. 

   
   
   Definer i hvilke mængder gasserne måles. Gasser har masse og volumen. Volumen måles normalt i liter (l), men der er to typer masse.
   • Konventionel masse måles i gram eller, hvis der er en tilstrækkelig stor masse, kg.
   • På grund af gassernes lethed måles de også i en anden form for masse kaldet molekylær masse eller molær masse. Molær masse defineres som summen af ​​atomvægten for hvert atom af den forbindelse, som gassen er fremstillet af, med hvert atom sammenlignet med værdien 12 for kulstof.
   • Da atomer og molekyler er for små til at arbejde med, defineres mængderne af gasser i mol. Antallet af mol til stede i en given gas kan bestemmes ved at dividere massen med den molære masse og kan repræsenteres af bogstavet n.
   • Vi kan erstatte den vilkårlige konstant k i gasligningen med produktet af n, antallet af mol (mol) og en ny konstant R. Ligningen kan nu skrives nR = PV / T eller PV = nRT.
   • R-værdien afhænger af de enheder, der bruges til at måle gassernes tryk, volumen og temperaturer. For at identificere volumen i liter, temperaturen i Kelvin og trykket i atmosfærer er dens værdi 0,0821 L.atm / K.mol. Dette kan også skrives L 0,0821 atm K mol for at undgå splitbjælken i måleenhederne.

3. 

   
   
   Forstå Daltons lov om delvis pres. Udviklet af kemiker og fysiker John Dalton, der først avancerede konceptet med kemiske grundstoffer, der var lavet af atomer, siger Daltons lov, at det samlede tryk i en gasblanding er summen af ​​trykket for hver af gasserne i blandingen.
   • Daltons lov kan skrives som en ligning som P _Total = P₁ + P₂ + P₃... med så mange tilføjelser efter lighedstegnet, som der er gasser i blandingen.
   • Daltons lovligning kan udvides, når man arbejder med gasser, hvis individuelle partialtryk er ukendt, men som vi kender deres volumener og temperaturer om. Et deltryk af en gas er det samme tryk, hvis den samme mængde gas var den eneste gas i beholderen.
   • For hvert deltryk kan vi omskrive den ideelle gasligning, så vi i stedet for formlen PV = nRT kun kan have P på venstre side af ligetegnet. For at gøre dette deler vi begge sider med V: PV / V = ​​nRT / V. De to V'er på venstre side annullerer hinanden og efterlader P = nRT / V.
   • Vi kan derefter erstatte hver P, der er abonneret på højre side af partialtryksligningen: P_Total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Del 2 af 3: Beregning af deltryk og derefter totaltryk

1. 

   
   
   
   
   Definer deltryksligningen for de gasser, du arbejder med. Med henblik på denne beregning antager vi en 2 liter ballon, der indeholder tre gasser: nitrogen (N₂), ilt (O₂) og kuldioxid (CO₂). Der er 10 g af hver af gasserne, og temperaturen af ​​hver af dem i kolben er 37 º Celsius. Vi skal finde det enkelte tryk for hver gas og det samlede tryk, som blandingen udøver på beholderen.
   • Vores partielle trykligning bliver P _Total = P _kvælstof + P _ilt + P _carbondioxid .
   • Da vi prøver at finde det tryk, som hver gas udøver, kender vi volumen og temperatur, og vi kan finde, hvor mange mol af hver gas der er til stede baseret på massen, og vi kan omskrive denne ligning som: P_Total = (nRT / V) _kvælstof + (nRT / V) _ilt + (nRT / V) _carbondioxid

2. 

   
   
   Konverter temperaturen til Kelvin. Temperaturen er 37º Celsius, så tilføj 273 til 37 for at få 310 K.

3. 

   Find antallet af mol for hver af gasserne i prøven. Antallet af mol af en gas er massen af ​​gassen, der divideres med dens molære masse, som vi sagde er summen af ​​atomvægten for hvert atom i forbindelsen.
   • For den første gas kvælstof (N₂), har hvert atom en atomvægt på 14. Da nitrogen er diatomisk (molekylær form med to atomer), er vi nødt til at gange 14 med 2 for at finde ud af, at kvælstof i vores prøve har en molær masse på 28. Derefter divideres massen i gram, 10 g, med 28, for at opnå antallet af mol, som vi vil tilnærme til 0,4 mol nitrogen.
   • For den anden gas, ilt (O₂), har hvert atom en atomvægt på 16. Oxygen er også diatomisk, så gang 16 med 2 for at finde ud af, at iltet i vores prøve har en molær masse på 32. Når vi deler 10 g med 32, får vi ca. 0,3 mol ilt i vores prøve.
   • Den tredje gas, kuldioxid (CO₂), har 3 atomer: et carbon med en atomvægt på 12; og to ilt, hver med en atomvægt på 16. Vi tilføjer de tre vægte: 12 + 16 + 16 = 44 for molmassen. At dele 10 g med 44 giver os cirka 0,2 mol kuldioxid.

4. 

   
   
   Erstat værdierne med mol, volumen og temperatur. Vores ligning ser nu sådan ud: P_Total = (0,4 * R * 310/2) _kvælstof + (0,3 * R * 310/2) _ilt + (0,2 * R * 310/2) _carbondioxid.
   • For enkelheds skyld har vi udeladt de måleenheder, der ledsager værdierne. Disse enheder annulleres, når vi har udført matematikken, og kun den måleenhed, vi bruger til at rapportere pres, efterlader.

5. 

   Erstat værdien for konstanten R. Vi finder del- og totaltrykket i atmosfærer, så vi bruger R-værdien på 0,0821 atm L / K.mol. At erstatte værdien i ligningen giver os nu P_Total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _kvælstof + (0,3 *0,0821 * 310/2) _ilt + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _carbondioxid .

6. 

   Beregn deltrykket for hver gas. Nu hvor vi har værdierne på plads, er det tid til at lave matematik.
   • For det delvise tryk på nitrogen multiplicerer vi 0,4 mol med vores 0,0821 konstant og vores 310 K temperatur og dividerer derefter med 2 liter: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, ca.
   • For delvis iltryk multiplicerer vi 0,3 mol med vores 0,0821 konstant og vores 310 K temperatur og dividerer derefter med 2 liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, ca.
   • For kuldioxidens delvise tryk multiplicerer vi 0,2 mol med vores 0,0821 konstant og vores 310 K temperatur og dividerer derefter med 2 liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, ca.
   • Vi tilføjer nu disse tryk for at finde det samlede tryk: P_Total = 5,09 + 3,82 + 2,54 eller ca. 11,45 atm.

Del 3 af 3: Beregning af det samlede tryk og derefter deltrykket

1. 

   Definer ligning med partialtryk som før. Igen antager vi, at en 2-liters kolbe indeholder 3 gasser: nitrogen (N₂), ilt (O₂) og kuldioxid (CO₂). Der er 10 g af hver af gasserne, og temperaturen for hver af gasserne i kolben er 37 grader Celsius.
   • Temperaturen i Kelvin vil stadig være 310, og som før har vi ca. 0,4 mol kvælstof, 0,3 mol ilt og 0,2 mol kuldioxid.
   • Ligeledes finder vi stadig tryk i atmosfærer, så vi bruger værdien på 0,0821 atm L / K.mol til konstanten R.
   • Så vores partielle trykligning ser stadig det samme ud på dette tidspunkt: P_Total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _kvælstof + (0,3 *0,0821 * 310/2) _ilt + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _carbondioxid.

2. 

   Tilføj antallet af mol af hver af gasserne i prøven for at finde det samlede antal mol af gasblandingen. Da volumen og temperatur er den samme for hver prøve i gassen, for ikke at nævne at hver molværdi ganges med den samme konstant, kan vi bruge matematikkens fordelingsegenskab til at omskrive ligningen som P_Total = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Tilsætning af 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol af gasblandingen. Dette forenkler ligningen yderligere for P _Total = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Beregn gasblandingens samlede tryk. Multiplikation af 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, ca.

4. 

   Find andelen af ​​hver gas i den samlede blanding. For at gøre dette skal du dele antallet af mol for hver af gasserne med det samlede antal mol.
   • Der er 0,4 mol kvælstof, så 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) af prøven, ca.
   • Der er 0,3 mol kvælstof, så 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) af prøven, ca.
   • Der er 0,2 mol kuldioxid, så 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) af prøven ca.
   • Selvom de omtrentlige procentdele ovenfor kun udgør 0,99, gentager de faktiske decimaler, så den faktiske sum er en række gentagelser af ni efter decimalen. Per definition er dette det samme som 1 eller 100%.

5. 

   Multiplicer den proportionelle værdi af hver gas med det samlede tryk for at finde partialtrykket.
   • Multiplicere 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, ca.
   • Multiplicere 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, ca.
   • Multiplikation 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, ca.

Tips

• Du vil bemærke en lille forskel i værdierne ved først at finde det delvise tryk, derefter det samlede tryk og først finde det samlede tryk og derefter det delvise tryk. Husk, at de givne værdier blev præsenteret som omtrentlige værdier på grund af afrunding til en eller to decimaler for at gøre værdierne lettere at forstå. Hvis du foretager beregningerne med en lommeregner uden afrunding, vil du bemærke en mindre, hvis nogen, uoverensstemmelse mellem de to metoder.

Advarsler

• Viden om delvis gastryk kan blive et spørgsmål om liv og død for dykkere. For lavt et partialtryk af ilt kan føre til tab af bevidsthed og død, mens et meget højt partialtryk af brint eller ilt også kan være giftigt.

Nødvendige materialer

• Lommeregner;
• Referencebog med atomvægte / molære masser.