Innehåll

• Steg
• Råd
• Varning
• Vad du behöver

I kemi är "partiellt tryck" trycket för varje gas i blandningen av gaser som verkar på den omgivande miljön, såsom en provgasbehållare i ett laboratorium, en dykares bensintank eller det omgivande utrymmet. atmosfär. Du kan beräkna trycket för varje gas i blandningen om du känner till dess massa, volym och temperatur. Du lägger sedan till partiella tryck för att få gasblandningens totala tryck, eller så hittar du det totala trycket först och sedan hittar du partialtrycket.

Steg

Del 1 av 3: Förstå gasegenskaper

1. 

   Behandla varje gas som en "ideal" gas. I kemi är den ideala gasen en som interagerar med andra gaser utan att lockas till deras molekyler. Gasmolekyler kan kollidera med varandra och studsa som biljardbollar utan deformation.
   • Trycket hos en idealgas ökar när den komprimeras till ett mindre utrymme och minskar när den sprids till ett större utrymme. Detta förhållande är känt som Boyles lag (uppkallad efter forskaren Robert Boyle). Matematikformeln visar att detta förhållande är k = P x V, eller enklare k = PV, där k är ett konstant förhållande mellan tryck och volym, P är tryck och V är en kropp. område.
   • Problemet kan ges trycket i en av många olika enheter. I vilken pascal (Pa) definieras som kraften hos en newton som verkar på en kvadratmeter. En annan enhet är atmosfär (atm), som definieras som jordens atmosfärstryck på en höjd som är lika med havsnivån. Trycket på 1 atm är 101 325 Pa.
   • Temperaturen på den ideala gasen ökar när volymen ökar och minskar när volymen minskar. Detta förhållande är känt som Charles's Law (uppkallad efter forskaren Jacques Charles). Den matematiska formeln för detta är k = V / T, där k är det konstanta förhållandet mellan volym och temperatur, V är volym och T är temperatur.
   • Gasens temperatur i denna ekvation beräknas i grader Kelvin och grader Kelvin genom att lägga till grader Celsius med 273.
   • Dessa två förhållanden kan kombineras i en enda ekvation: k = PV / T, eller de kan skrivas som PV = kT.

2. 

   
   
   Definierar den massaenhet som används för att mäta gas. Gasen har både massa och volym. Volymer mäts vanligtvis i liter (l), men det finns två gasmassor.
   • Konventionella massor mäts i gram eller, om massan är tillräckligt stor, i kg.
   • Eftersom de flesta gaser ofta är så lätta, mäts de också med en annan massa som kallas molmassa eller molmassa. Molmassa definieras som summan av atommassan för varje atom i gasens sammansättning, med massan av varje atom jämfört med massan av kol (värde 12).
   • Eftersom atomer och molekyler är så små att beräkna, definieras gasens massa i mol. Antalet mol i en gasmängd kan beräknas genom att dela gasens massa med dess molära massa och betecknas med bokstaven n.
   • Vi kan ersätta vilken konstant som helst k i gasekvationen med produkten av n, antalet mol och en ny konstant R. Vi har nu ekvationen nR = PV / T eller PV = nRT.
   • R-värdet beror på den enhet som används för att mäta gasens tryck, volym och temperatur. Om volymen är i liter, temperaturen i grader Kelvin och trycket i atmosfären är detta 0,0821 L atm / K mol. Du kan också skriva 0,0821 L atm K mol för att undvika att behöva använda delningens snedstreck i måttenheter.

3. 

   
   
   Daltons lag om partiellt tryck. Denna lag föreslogs av kemist och fysiker John Dalton, som för första gången presenterade konceptet med ett kemiskt grundämne av atomer. Daltons lag säger att det totala trycket för gasblandningen är det totala trycket för varje gas i blandningen.
   • Daltons lag kan skrivas in i ekvationen efter P_total = P₁ + P₂ + P₃ ... med mängden tryck P lika med antalet gaser i blandningen.
   • Daltons lagekvation kan utvecklas när man hanterar gaser vars partiella tryck är okänt men vars volym och temperatur är kända. Partiets tryck av en gas är det tryck som utövas av samma mängd gas i en tank som endast innehåller den ensam.
   • För varje partialtryck kan vi skriva om den ideala gasekvationen PV = nRT till en form som endast har P på vänster sida av likhetstecknet. Således måste vi dela de två sidorna med V: PV / V = ​​nRT / V. De två V: erna på vänster sida elimineras och lämnar P = nRT / V i slutet.
   • Byt sedan ut denna formel med varje bokstav P på högra sidan av partialtrycksekvationen: P_total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   annons

Del 2 av 3: Beräkna partiellt tryck, sedan totaltryck

1. 

   
   
   
   
   Bestäm partiella tryckekvationer för de angivna problemen. För att illustrera denna beräkning antar vi att vi har en 2 liters flaska som innehåller 3 gaser: kväve (N₂), syre (O₂) och koldioxid (CO₂). Varje gas har 10 g och temperaturen för varje gas i cylindern är 37 grader Celsius. Vi måste hitta partialtrycket för varje gas och det totala trycket för gasblandningen som verkar på cylindern.
   • Partialtrycksekvationen skrivs enligt följande P_total = P_Kväve + P_syre + P_koldioxid.
   • Eftersom vi letar efter trycket för varje gas, vet vi volymen, temperaturen och vi kan hitta molantalet för varje gas baserat på deras massa. Denna ekvation skrivs om till: P_total = (nRT / V) _Kväve + (nRT / V) _syre + (nRT / V) _koldioxid

2. 

   
   
   Konvertera temperaturen till grader Kelvin. Gasernas temperatur är 37 grader Celsius så vi lägger till 37 plus 273 för att få 310 grader K.

3. 

   Hitta antalet mol av varje gas i flaskan. Antalet mol gas är gasens massa dividerat med dess molära massa, där molmassan är den totala massan för varje atom som utgör ämnet.
   • För den första gasen har kväve molekylformeln (N₂), har varje atom en massa 14. Eftersom kvävemolekylen har två atomer, måste vi multiplicera 14 med 2 för att få en molekylvikt av kväve 28 och sedan dividera massan i gram med 10 g. ge 28 för att få antalet mol, runda resultatet till cirka 0,4 mol kvävgas.
   • För den andra gasen har syre molekylformeln (O₂), har varje atom en massa på 16. Syremolekylen har också två atomer, vi måste multiplicera 16 med 2 för att få en syremolekylmassa på 32. Att dela 10g med 32 ger ett ungefärligt resultat 0,3 mol syre i flaskan.
   • En tredje gas är formeln koldioxid (CO₂), det finns 3 atomer: en kolatom med massa 12, två syreatomer med varje massa med massa 16. Vi adderar massan av tre atomer: 12 + 16 + 16 = 44 är massa molekyl. Att dela 10 g med 44 ger ungefär 0,2 mol koldioxid.

4. 

   
   
   Anslut värdena för mol, volym och temperatur till ekvationen. Nu ser ekvationen ut så här: P_total = (0,4 * R * 310/2) _Kväve + (0,3 * R * 310/2) _syre + (0,2 * R * 310/2) _koldioxid.
   • För enkelhetens skull utelämnar vi måttenheten för värdena. Dessa enheter kommer att förstöras efter att du har löst ekvationen och endast lämnar måttenheten för resultatet i trycket.

5. 

   Ersätt värdet på konstanten R. Vi kommer att räkna ut resultaten av det partiella och totala trycket i atmosfärer, så vi använder ett R-värde på 0,0821 L atm / K mol. Att sätta detta värde i ekvationen ger P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Kväve + (0,3 *0,0821 * 310/2) _syre + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _koldioxid.

6. 

   Beräkna partialtrycket för varje gas. Nu när vi har kopplat in våra värden är nästa sak att lösa det.
   • För partiellt tryck av kväve multiplicerar du 0,4 mol med konstanten 0,0821 och temperaturen 310 grader K, dividerar sedan med 2 liter: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm (ungefär).
   • För syretets partiella tryck multiplicerar du 0,3 mol med konstanten 0,0821 och temperaturen 310 grader K, dividerar sedan med 2 liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm (ungefär).
   • För koldioxidens partiella tryck, multiplicera 0,2 mol med konstanten 0,0821 och temperaturen 310 grader K, dividera sedan med 2 liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm (ungefär).
   • Lägg nu upp dessa tryck för att hitta det totala trycket: P_total = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 atm (ungefär).
   annons

Del 3 av 3: Beräkna totaltryck, sedan partiellt tryck

1. 

   Bestäm partialtrycksekvationen enligt ovan. Anta att vi har en 2 liters flaska som innehåller 3 gaser: kväve (N₂), syre (O₂) och koldioxid (CO₂). Varje gas har 10 g och temperaturen för varje gas i cylindern är 37 grader Celsius.
   • Kelvin-temperaturen är fortfarande 310 grader, och precis som ovan har vi cirka 0,4 mol kväve, 0,3 mol syre och 0,2 mol koldioxid.
   • På samma sätt kommer vi att beräkna resultaten under atmosfär så vi använder ett R-värde på 0,0821 L atm / K mol.
   • Vid denna punkt förblir partialtrycksekvationen: P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Kväve + (0,3 *0,0821 * 310/2) _syre + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _koldioxid.

2. 

   Lägg till antalet mol av varje gas i cylindern för att hitta den totala molen av gasblandningen. Eftersom volymerna och temperaturerna för gaserna i cylindern är desamma, och molekylmassan för varje gas också multipliceras med samma konstant, kan vi använda matematikens fördelningsegenskap för att skriva om ekvationen. Processen är P_total = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Tillsätt 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gasblandning. Ekvationen reduceras ytterligare till P_total = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Hitta det totala trycket för gasblandningen. Ta 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol (ungefär).

4. 

   Hitta andelen av varje gas som utgör blandningen. Du delar antalet mol per gas med det totala molet av gasblandningen.
   • Vi har 0,4 mol kväve så vi tar 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) i gasblandningen (ungefär).
   • Vi har 0,3 mol syre så vi tar 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) i gasblandningen (ungefär).
   • Vi har 0,2 mol koldioxid så vi tar 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) i gasblandningen (ungefär).
   • Även om de ungefärliga procentsatserna ovan bara uppgår till 0,99, fortsätter decimalerna att upprepas, med summan en serie på 9s efter komma. Per definition motsvarar detta 1 eller 100 procent.

5. 

   Multiplicera massförhållandet per gas med totalt tryck för att hitta partialtrycket.
   • Ta 0,44 * 11,45 = 5,04 atm (ungefär).
   • Ta 0,33 * 11,45 = 3,78 atm (ungefär).
   • Ta 0,22 * 11,45 = 2,52 atm (ungefär).
   annons

Råd

• Du kommer att märka en liten avvikelse mellan beräkningen av partialtrycket och beräkningen av partialtrycket och beräkningen av partialtrycket. Kom ihåg att de beräknade värdena bara är ungefärliga eftersom vi avrundar till 1 eller 2 siffror efter komma för att göra dem enklare.Om vi ​​använder en miniräknare för att utföra beräkningar utan avrundning blir avvikelsen mellan dessa två metoder ännu mindre, inte ens.

Varning

• För dykare är kunskapen om gasens partiella tryck särskilt viktig eftersom den är relaterad till deras liv. Ett syrepartialtryck som är för lågt kan orsaka medvetslöshet eller dödsfall, medan för högt partiellt tryck av kväve eller syre kan orsaka förgiftning.

Vad du behöver

• Bärbar dator
• Referensbok för atommassa / molär massa