Kako izračunati parcijalni pritisak: 14 koraka (sa slikama)

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-19 22:11

"Parcijalni pritisak" u hemiji je pritisak koji svaki gas u mješavini gasa vrši na svoju okolinu, poput volumetrijske tikvice, rezervoara za ronjenje ili granice atmosfere. Možete izračunati tlak svakog plina u smjesi ako znate količinu plina, zapreminu koju zauzima i temperaturu. Parcijalni pritisci se mogu zbrajati kako bi se izračunao ukupni pritisak gasne mješavine. S druge strane, ukupni tlak može se unaprijed izračunati kako bi se izračunao parcijalni tlak.

Korak

1. dio 3: Razumijevanje svojstava plinova

Korak 1. Svaki plin tretirajte kao "idealan" plin

U kemiji idealan plin je plin koji stupa u interakciju s drugim plinovima bez privlačenja svojih molekula. Usamljeni molekuli mogu udarati i odskakivati poput bilijarskih kugli, a da se ne deformiraju.

Tlak idealnog plina raste kada se komprimira u manjem prostoru, a smanjuje kada se širi u većem prostoru. Ovaj odnos se naziva Boyleov zakon koji je stvorio Robert Boyle. Matematički, formula je k = P x V, ili pojednostavljena na k = PV, k je konstanta, P je pritisak, dok je V volumen.
Postoji nekoliko mogućih jedinica za pritisak. Jedan od njih je Pascal (Pa). Ova jedinica je definirana kao sila jednog njutna primijenjena na površinu od jednog kvadratnog metra. Druga jedinica je atmosfera (atm). Atmosfera je pritisak Zemljine atmosfere na nivou mora. Pritisak od 1 atm ekvivalentan je 101.325 Pa.
Temperatura idealnog plina raste s povećanjem volumena i smanjuje se sa smanjenjem volumena. Ovaj odnos se naziva Charlesov zakon koji je stvorio naučnik Jacques Charles. Matematička formula je k = V / T, gdje je k volumen i temperaturna konstanta, V volumen, a T temperatura.
Temperatura plina u ovoj jednadžbi data je u stupnjevima Kelvina, koja se dobiva dodavanjem broja 273 vrijednosti stupnja u Celzijusima.
Dvije gornje formule mogu se kombinirati s jednom jednadžbom: k = PV / T, koja se može napisati i kao PV = kT.

Korak 2. Odredite količinu plina koju ćete mjeriti

Plinovi imaju masu i zapreminu. Zapremina se obično mjeri u litrama (l), ali postoje dvije vrste mase.

Uobičajena masa se mjeri u gramima, ali u većim količinama jedinica je kilogram.
Budući da su plinovi vrlo lagani, jedinice su molekulska masa ili molarna masa. Molarna masa je zbir ukupnih atomskih masa svakog atoma u spoju koji čini plin, svakog atoma u usporedbi s brojem 12 za ugljik.
Budući da su atomi i molekuli premali za brojanje, količina plina je specificirana u molovima. Broj molova prisutnih u danom plinu može se dobiti dijeljenjem mase s molarnom masom i označenim slovom n.
Konstanta K u jednadžbi plina može se zamijeniti proizvodom n, brojem molova (molova) i novom konstantom R. Sada je formula nR = PV/T ili PV = nRT.
Vrijednost R ovisi o jedinicama koje se koriste za mjerenje pritiska, volumena i temperature plina. Za volumen u litrama, temperaturu u Kelvinima i tlak u atmosferi, vrijednost je 0,0821 L atm/K mol. Ova vrijednost se može zapisati kao 0,0821 L atm K^-1 krtica ^-1 kako bi se izbjeglo korištenje kosih crta za predstavljanje podjela u mjernim jedinicama.

Korak 3. Shvatite Daltonov zakon parcijalnog pritiska

Ovaj zakon razvio je hemičar i fizičar John Dalton, koji je prvi razvio koncept da se hemijski elementi sastoje od atoma. Daltonov zakon kaže da je ukupni pritisak mješavine plinova zbir pritisaka pojedinačnih plinova u smjesi.

Daltonov zakon može se napisati u obliku sljedeće formule P_ukupno = P₁ + P₂ + P₃ … količina P desno od znaka jednaka je količini plina u smjesi.
Formula Daltonovog zakona može se proširiti kada se radi o raznim plinovima u kojima je parcijalni tlak svakog plina nepoznat, ali čiji su volumen i temperatura poznati. Parcijalni pritisak gasa jednak je pritisku koji pretpostavlja da je gas u toj količini jedini gas u posudi.
Za svaki parcijalni pritisak može se koristiti idealna formula gasa. Umjesto PV = nRT, može se koristiti samo P s lijeve strane. Za to su obje strane podijeljene s V: PV/V = nRT/V. Dva V na desnoj strani poništavaju jedno drugo, ostavljajući P = nRT/V.
Možemo ga koristiti za zamjenu svakog P s desne strane koji predstavlja određeni plin u formuli parcijalnog pritiska: P_ukupno = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

Dio 2 od 3: Izračunavanje parcijalnog pritiska, a zatim ukupnog pritiska

Korak 1. Odredite jednadžbu parcijalnog pritiska za svaki plin koji računate

Za ovaj izračun pretpostavlja se da tikvica od 2 litre sadrži 3 plina: dušik (N₂), kisik (O₂) i ugljični dioksid (CO₂). Svaki gas ima masu od 10 g i temperaturu od 37 stepeni Celzijusa. Izračunat ćemo parcijalni tlak svakog plina i ukupni tlak mješavine plina u tikvici za kemikalije.

Formula parcijalnog pritiska je P_ukupno = P_nitrogen + P_kiseonik + P_{ugljen-dioksid}.
Budući da tražimo tlak za svaki plin poznate zapremine i temperature, broj molova svakog plina može se izračunati na osnovu njegove mase. Formula se može promijeniti u: P_ukupno = (nRT/V) _nitrogen + (nRT/V) _kiseonik + (nRT/V) _{ugljen-dioksid}

Korak 2. Pretvorite temperaturu u stepene Kelvina

Temperatura u Celzijusima je 37 stepeni, pa dodajte 273 na 37 da biste dobili 310 stepeni K.

Korak 3. Pronađite broj molova svakog plina prisutnog u uzorku

Broj molova plina je masa plina podijeljena s molarnom masom, koja je zbroj atomskih masa svakog atoma u smjesi.

Za azotni gas (N₂), svaki atom ima atomsku masu 14. Budući da je dušik dvoatomni (molekul s dva atoma), vrijednost 14 se mora pomnožiti s 2 kako bi se dobila molarna masa 28 za dušik u ovom uzorku. Zatim se masa u gramima, 10 g, podijeli sa 28, kako bi se dobio broj molova, pa je rezultat oko 0,4 mola dušika.
Za sljedeći plin, kisik (O₂), svaki atom ima atomsku masu 16. Kisik je također dvoatomski, pa 16 puta 2 daje molarnu masu kisika u uzorku 32. 10 grama podijeljeno s 32 daje približno 0,3 mola kisika.
Slijedi ugljični dioksid (CO₂), koji ima 3 atoma, naime jedan atom ugljika atomske mase 12 i dva atoma kisika s atomskom masom 16. Ove tri atomske mase dodaju se kako bi se dobila molarna masa: 12 + 16 + 16 = 44. Sljedećih 10 grama podijeljeno je s 44, pa je rezultat oko 0,2 mola ugljičnog dioksida.

Korak 4. Unesite vrijednosti mola, volumen i temperaturu

Brojevi su unijeti u formulu: P_ukupno = (0, 4 * R * 310/2) _nitrogen + (0, 3 * R * 310/2) _kiseonik + (0, 2 * R * 310/2) _{ugljen-dioksid}.

Radi jednostavnosti, jedinice nisu napisane. Ove će se jedinice izbrisati u matematičkim proračunima, ostavljajući samo jedinice pritiska

Korak 5. Unesite vrijednost konstante R

Ukupni i parcijalni pritisci bit će izraženi u atmosferskim jedinicama, pa je upotrijebljena vrijednost R 0,0821 L atm/K mol. Ova vrijednost se zatim unosi u jednadžbu tako da je formula P_ukupno =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitrogen + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _kiseonik + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{ugljen-dioksid}.

Korak 6. Izračunajte parcijalne pritiske za svaki gas

Sada kada su sve potrebne vrijednosti dostupne, vrijeme je za izračunavanje.

Za parcijalni tlak dušika, 0,4 mola pomnoženo je s konstantom od 0,0821 i temperaturom od 310 stupnjeva K, a zatim se podijeli s 2 litre: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, približno.
Za parcijalni tlak kisika, 0,3 mola pomnoženo je s konstantom 0,0821 i temperaturom od 310 stupnjeva K, zatim podijeljeno s 2 litre: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, približno.
Za parcijalni tlak ugljičnog dioksida, 0,2 mola se množi s konstantom od 0,0821 i temperaturom od 310 stupnjeva K, zatim se dijeli s 2 litre: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, približno.
Tri parcijalna pritiska se zatim zbrajaju kako bi se dobio ukupni pritisak: P_ukupno = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 ili 11,45 atm, manje -više.

Dio 3 od 3: Izračunavanje ukupnog pritiska, a zatim djelomičnog

Izračunajte parcijalni pritisak Korak 10

Korak 1. Odredite formulu parcijalnog pritiska kao i prije

Opet, pretpostavimo da boca od 2 litre sadrži 3 različita plina: dušik (N₂), kisik (O₂) i ugljični dioksid (CO₂). Masa svakog plina je 10 grama, a temperatura svakog 37 stupnjeva C.

Temperatura u Kelvinu je i dalje ista 310 stepeni, a broj molova je približno 0,4 mola dušika, 0,3 mola kisika i 0,2 mola ugljičnog dioksida.
Korištena jedinica pritiska je i atmosfera, pa je vrijednost konstante R 0,0821 L atm/K mol.
Dakle, jednadžba parcijalnog pritiska je i dalje ista u ovom trenutku: P_ukupno =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitrogen + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _kiseonik + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{ugljen-dioksid}.

Izračunajte parcijalni pritisak Korak 11

Korak 2. Dodajte broj molova svakog plina u uzorku kako biste dobili ukupan broj molova plinske smjese

Budući da su volumen i temperatura isti za svaki uzorak plina, a svaka se molarna vrijednost također množi s istom konstantom, možemo upotrijebiti distribucijsko svojstvo matematike za prepisivanje jednadžbe na sljedeći način:_ukupno = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Učinite zbrojeve: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mola mješavine plina. Jednačina će biti jednostavnija, naime P_ukupno = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Izračunajte parcijalni pritisak Korak 12

Korak 3. Izračunajte ukupni pritisak plinske smjese

Učinite množenje: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mola, manje ili više.

Izračunajte parcijalni pritisak Korak 13

Korak 4. Izračunajte udio svakog plina koji čini smjesu

Da biste izračunali udio svakog plina u smjesi, podijelite broj molova svakog plina s ukupnim brojem molova.

Postoji 0,4 mola dušika, pa je 0,4/0,9 = 0,44 (44 posto) uzorka, više ili manje.
Postoji 0,3 mola dušika, pa je 0,3/0,9 = 0,33 (33 posto) uzorka, više ili manje.
Postoji 0,2 mola ugljičnog dioksida, pa je 0,2/0,9 = 0,22 (22 posto) uzorka, više ili manje.
Iako proračun procijenjenog postotka iznad vraća 0,99, stvarna decimalna vrijednost se ponavlja. To znači da je nakon decimalne točke broj 9 koji se ponavlja. Po definiciji ova vrijednost je jednaka 1 ili 100 posto.