Съдържание

• Стъпки
• Съвети
• Предупреждения
• Необходими материали

В химията "парциално налягане" се отнася до налягането, което всеки газ в газова смес упражнява върху околната среда, като бутилка с проба, резервоар с гмуркащ въздух или границите на атмосферата. Можете да изчислите налягането на всеки газ в смес, ако знаете колко от него има, какъв обем заема и температурата му. След това можете да добавите тези парциални налягания, за да намерите общото налягане на газовата смес, или можете първо да намерите общото налягане и след това да намерите парциалните налягания.

Стъпки

Част 1 от 3: Разбиране на свойствата на газовете

1. 

   Третирайте всеки газ като „идеален“ газ. Идеалният газ в химията е този, който взаимодейства с други газове, без да бъде привлечен от неговите молекули. Отделни молекули могат да се ударят една в друга и да отскочат като билярдни топки, без да се деформират по никакъв начин.
   • Идеалното налягане на газа се увеличава, когато се компресира в по-малки пространства и намалява, когато се разширява в по-големи области. Тази връзка се нарича закон на Бойл, по името на Робърт Бойл. Описано е математически като k = P x V или, по-просто, k = PV, където k представлява постоянната връзка, P представлява налягане и V представлява обем.
   • Наляганията могат да бъдат определени с помощта на една от няколко възможни единици. Единият е Паскал (Pa), дефиниран като сила на Нютон, приложена върху квадратен метър. Друга е атмосферата (атм), определена като налягането на земната атмосфера на морското равнище. Налягане от 1 атм е равно на 101 325 Ра.
   • Идеалните температури на газа се увеличават с увеличаване и намаляване на обемите. Тази връзка се нарича закон на Чарлз по името на Жак Чарлз и се описва математически като k = V / t, където k представлява връзката между постоянен обем и температура, V отново представлява обем, а T представлява температура.
   • Температурите на газа в това уравнение са дадени в градуси по Келвин, които се намират чрез добавяне на 273 към броя на градусите по Целзий от температурата на газа.
   • Тези две връзки могат да се комбинират в едно уравнение: k = PV / T, което може да се запише и като PV = kT.

2. 

   
   
   Определете в какви количества се измерват газовете. Газовете имат маса и обем. Обемът обикновено се измерва в литри (l), но има два вида маса.
   • Конвенционалната маса се измерва в грамове или, ако има достатъчно голяма маса, в килограми.
   • Поради лекотата на газовете те се измерват и в друга форма на маса, наречена молекулна маса или моларна маса. Моларната маса се дефинира като сума от атомните тегла на всеки атом на съединението, от което е направен газът, като всеки атом се сравнява със стойността 12 за въглерод.
   • Тъй като атомите и молекулите са твърде малки за работа, количествата газове се определят в молове. Броят на бенките, присъстващи в даден газ, може да бъде определен чрез разделяне на масата на моларната маса и може да бъде представен с буквата n.
   • Можем да заменим произволната константа k в уравнението на газа с произведението на n, броя на моловете (mol) и нова константа R. Уравнението вече може да бъде написано nR = PV / T или PV = nRT.
   • Стойността на R зависи от мерните единици, използвани за измерване на налягането, обемите и температурите на газовете. За да се идентифицира обемът в литри, температурата в Келвин и налягането в атмосферите, неговата стойност е 0,0821 L.atm / K.mol. Това може да бъде написано и L 0,0821 атм K mol, за да се избегне разделянето на лентата в мерните единици.

3. 

   
   
   Разберете закона на Далтън за частичния натиск. Разработен от химик и физик Джон Далтън, който за първи път усъвършенства концепцията за химичните елементи, изградени от атоми, Законът на Далтън гласи, че общото налягане на газовата смес е сумата от наляганията на всеки от газовете в сместа.
   • Законът на Далтън може да бъде записан като уравнение като P _{обща сума} = Р₁ + P₂ + P₃... с толкова добавки след знака за равенство, колкото газове има в сместа.
   • Уравнението на закона на Далтън може да бъде разширено при работа с газове, чиито индивидуални парциални налягания са неизвестни, но за които знаем техните обеми и температури. Парциалното налягане на газ е същото налягане, ако същото количество газ е единственият газ в контейнера.
   • За всяко от парциалните налягания можем да пренапишем уравнението на идеалния газ, така че вместо формулата PV = nRT да имаме само P от лявата страна на знака за равенство. За целта разделяме двете страни на V: PV / V = ​​nRT / V. Двете Vs от лявата страна се отменят, оставяйки P = nRT / V.
   • След това можем да заменим всеки P, записан от дясната страна на уравнението за частично налягане: P_{обща сума} = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Част 2 от 3: Изчисляване на парциалните налягания и след това на общите налягания

1. 

   
   
   
   
   Определете уравнението на парциалното налягане за газовете, с които работите. За целите на това изчисление ще приемем 2-литров балон, който съдържа три газове: азот (N₂), кислород (O₂) и въглероден диоксид (CO₂). Има 10 g от всеки от газовете и температурата на всеки от тях в колбата е 37 ° по Целзий. Трябва да намерим парциалното налягане на всеки газ и общото налягане, което сместа оказва върху контейнера.
   • Нашето уравнение за парциално налягане става P _{обща сума} = Р _азот + P _{кислород} + P _{въглероден двуокис} .
   • Тъй като се опитваме да намерим налягането, което упражнява всеки газ, знаем обема и температурата и можем да намерим колко мола от всеки газ присъстват въз основа на масата, можем да пренапишем това уравнение като: P_{обща сума} = (nRT / V) _азот + (nRT / V) _{кислород} + (nRT / V) _{въглероден двуокис}

2. 

   
   
   Преобразувайте температурата в Келвин. Температурата е 37 ° по Целзий, така че добавете 273 до 37, за да получите 310 К.

3. 

   Намерете броя на бенките за всеки от газовете в пробата. Броят молове на даден газ е масата на газа, която е разделена на неговата моларна маса, която казахме, че е сумата от атомните тегла на всеки атом в съединението.
   • За първия газ азотът (N₂), всеки атом има атомно тегло 14. Тъй като азотът е двуатомен (молекулярна форма на два атома), трябва да умножим 14 по 2, за да установим, че азотът в нашата проба има моларна маса 28. След това разделете масата в грамове, 10 g, до 28, за да се получи броят на бенките, който ще приблизително достигнем до 0,4 mol азот.
   • За втория газ кислородът (O₂), всеки атом има атомно тегло 16. Кислородът също е двуатомен, така че умножете 16 по 2, за да установите, че кислородът в нашата проба има моларна маса 32. Разделянето на 10 g на 32 ни дава приблизително 0,3 mol кислород в нашата проба.
   • Третият газ, въглероден диоксид (CO₂), има 3 атома: един въглерод, с атомно тегло 12; и два кислорода, всеки с атомно тегло 16. Добавяме трите тегла: 12 + 16 + 16 = 44 за моларната маса. Разделянето на 10 g на 44 ни дава приблизително 0,2 mol въглероден диоксид.

4. 

   
   
   Заменете стойностите с бенки, обем и температура. Нашето уравнение сега изглежда така: P_{обща сума} = (0,4 * R * 310/2) _азот + (0,3 * R * 310/2) _{кислород} + (0,2 * R * 310/2) _{въглероден двуокис}.
   • За по-голяма простота изпуснахме мерните единици, които придружават стойностите. Тези единици ще бъдат отменени, след като изчислим, оставяйки само мерната единица, която използваме за отчитане на натиска.

5. 

   Заменете стойността на константата R. Ще намерим парциалното и общото налягане в атмосфери, така че ще използваме R-стойността от 0,0821 atm L / K.mol. Заместването на стойността в уравнението сега ни дава P_{обща сума} =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _азот + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{кислород} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{въглероден двуокис} .

6. 

   Изчислете парциалните налягания за всеки газ. Сега, когато разполагаме със стойностите, е време да изчислим.
   • За парциалното налягане на азота умножаваме 0,4 mol по нашата константа 0,0821 и нашата 310 K температура и след това разделяме на 2 литра: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, приблизително.
   • За частично кислородно налягане умножаваме 0,3 mol по нашата константа 0,0821 и нашата 310 K температура и след това разделяме на 2 литра: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, приблизително.
   • За парциалното налягане на въглеродния диоксид умножаваме 0,2 mol по нашата константа 0,0821 и нашата 310 K температура и след това разделяме на 2 литра: приблизително 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm.
   • Сега добавяме тези налягания, за да намерим общото налягане: P_{обща сума} = 5,09 + 3,82 + 2,54, или приблизително 11,45 атм.

Част 3 от 3: Изчисляване на общото налягане и след това на парциалните налягания

1. 

   Определете уравнението на парциалното налягане както преди. Отново приемаме, че 2-литровата колба съдържа 3 газа: азот (N₂), кислород (O₂) и въглероден диоксид (CO₂). Има 10 g от всеки от газовете и температурата на всеки от газовете в колбата е 37 градуса по Целзий.
   • Температурата в Келвин все още ще бъде 310 и, както и преди, имаме около 0.4 mol азот, 0.3 mol кислород и 0.2 mol въглероден диоксид.
   • По същия начин все още ще намираме налягания в атмосфери, така че ще използваме стойността от 0,0821 атм L / K.mol за константата R.
   • И така, нашето уравнение за парциално налягане все още изглежда по същия начин: P_{обща сума} =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _азот + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{кислород} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{въглероден двуокис}.

2. 

   Добавете броя молове на всеки от газовете в пробата, за да намерите общия брой молове на газовата смес. Тъй като обемът и температурата са еднакви за всяка проба в газа, да не говорим, че всяка моларна стойност се умножава по една и съща константа, можем да използваме разпределителното свойство на математиката, за да пренапишем уравнението като P_{обща сума} = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Добавяне на 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol от газовата смес. Това допълнително опростява уравнението за P _{обща сума} = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Изчислете общото налягане на газовата смес. Умножавайки приблизително 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol.

4. 

   Намерете пропорцията на всеки газ в общата смес. За да направите това, разделете броя на бенките за всеки от газовете на общия брой бенки.
   • Има 0,4 mol азот, така че 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) от пробата, приблизително.
   • Има 0,3 mol азот, така че 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) от пробата, приблизително.
   • Има 0,2 mol въглероден диоксид, така че 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) от пробата, приблизително.
   • Въпреки че приблизителните проценти по-горе възлизат на само 0,99, действителните десетични знаци се повтарят, така че действителната сума е серия от повторения на деветки след десетичната запетая. По дефиниция това е същото като 1 или 100%.

5. 

   Умножете пропорционалната стойност на всеки газ по общото налягане, за да намерите парциалното налягане.
   • Умножавайки приблизително 0,44 * 11,45 = 5,04 атм.
   • Умножавайки приблизително 0,33 * 11,45 = 3,78 атм.
   • Умножавайки приблизително 0,22 * 11,45 = 2,52 атм.

Съвети

• Ще забележите малка разлика в стойностите, като първо намерите парциалните налягания, след това общото налягане и първо намерите общото налягане и след това парциалните налягания. Не забравяйте, че дадените стойности бяха представени като приблизителни стойности, поради закръгляване до един или два знака след десетичната запетая, за да улеснят разбирането на стойностите. Ако правите изчисленията с калкулатор, без закръгляване, ще забележите незначително, ако има такова, несъответствие между двата метода.

Предупреждения

• Познаването на парциалното налягане на газа може да се превърне във въпрос на живот и смърт за водолазите. Твърде ниското парциално налягане на кислорода може да доведе до загуба на съзнание и смърт, докато много високо парциално налягане на водород или кислород също може да бъде токсично.

Необходими материали

• Калкулатор;
• Справочник за атомни тегла / моларни маси.