Innhold

• Fremgangsmåte
• Tips
• Advarsler
• Nødvendige materialer

I kjemi refererer "partielt trykk" til trykket som hver gass i en gassblanding utøver mot omgivelsene, for eksempel en prøveflaske, en tank med dykkerluft eller grensene for en atmosfære. Du kan beregne trykket til hver gass i en blanding hvis du vet hvor mye av den er, hvilket volum den opptar og temperaturen. Du kan deretter legge til disse partielle trykkene for å finne det totale trykket til gassblandingen, eller du kan først finne det totale trykket og deretter finne det delvise trykket.

Fremgangsmåte

Del 1 av 3: Forstå gassens egenskaper

1. 

   Behandle hver gass som en "ideell" gass. En ideell gass, i kjemi, er en som samhandler med andre gasser, uten å bli tiltrukket av molekylene. Individuelle molekyler kan treffe hverandre og sprette av som biljardkuler uten å bli deformert på noen måte.
   • Ideelt gasstrykk øker når de komprimeres til mindre rom og reduseres når de utvides til større områder. Dette forholdet kalles Boyles lov, etter Robert Boyle. Det beskrives matematisk som k = P x V eller, enklere, k = PV, hvor k representerer det konstante forholdet, P representerer trykk og V representerer volum.
   • Trykket kan bestemmes ved hjelp av en av flere mulige enheter. Den ene er Pascal (Pa), definert som en Newton-kraft påført over en kvadratmeter. En annen er atmosfæren (atm), definert som trykket fra jordens atmosfære ved havnivå. Et trykk på 1 atm er lik 101,325 Pa.
   • De ideelle gasstemperaturene øker når volumene øker og reduseres. Dette forholdet kalles Charles's Law etter Jacques Charles og blir matematisk beskrevet som k = V / t, hvor k representerer forholdet mellom konstant volum og temperatur, V representerer volum, igjen, og T representerer temperatur.
   • Gasstemperaturene i denne ligningen er gitt i grader Kelvin, som er funnet ved å legge 273 til antall grader Celsius av gastemperaturen.
   • Disse to relasjonene kan kombineres i en enkelt ligning: k = PV / T, som også kan skrives som PV = kT.

2. 

   
   
   Definer i hvilke mengder gassene måles. Gasser har masse og volum. Volum måles vanligvis i liter (l), men det er to typer masse.
   • Konvensjonell masse måles i gram eller, hvis det er tilstrekkelig stor masse, kilo.
   • På grunn av gassens letthet måles de også i en annen form for masse som kalles molekylær masse eller molær masse. Molmasse er definert som summen av atomvektene til hvert atom av forbindelsen som gassen er laget av, med hvert atom sammenlignet med verdien 12 for karbon.
   • Siden atomer og molekyler er for små til å jobbe med, er mengden gasser definert i mol. Antall mol tilstede i en gitt gass kan bestemmes ved å dele massen med molmassen og kan representeres av bokstaven n.
   • Vi kan erstatte den vilkårlige konstanten k i gassligningen med produktet av n, antall mol (mol), og en ny konstant R. Ligningen kan nå skrives nR = PV / T eller PV = nRT.
   • R-verdien avhenger av enhetene som brukes til å måle gassens trykk, volum og temperatur. For å identifisere volumet i liter, temperaturen i Kelvin og trykket i atmosfærer, er verdien 0,0821 L.atm / K.mol.Dette kan også skrives L 0,0821 atm K mol for å unngå splittstangen i måleenhetene.

3. 

   
   
   Forstå Daltons lov om delvis trykk. Utviklet av kjemiker og fysiker John Dalton, som først avanserte konseptet med kjemiske elementer som er laget av atomer, sier Daltons lov at det totale trykket til en gassblanding er summen av trykket til hver av gassene i blandingen.
   • Daltons lov kan skrives som en ligning som P _Total = P₁ + P₂ + P₃... med så mange tillegg etter likhetstegnet som det er gasser i blandingen.
   • Daltons lovligning kan utvides når man arbeider med gasser hvis individuelle partialtrykk er ukjent, men som vi vet om volum og temperatur. Et delvis trykk av en gass er det samme trykket hvis samme mengde gass var den eneste gassen i beholderen.
   • For hvert av partialtrykkene kan vi omskrive den ideelle gassligningen slik at vi i stedet for formelen PV = nRT bare kan ha P på venstre side av likhetstegnet. For å gjøre dette deler vi begge sider med V: PV / V = ​​nRT / V. De to Vene på venstre side avbryter hverandre, og etterlater P = nRT / V.
   • Vi kan deretter erstatte hver P som er abonnert på høyre side av partialtryksligningen: P_Total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Del 2 av 3: Beregning av delvis trykk og deretter total trykk

1. 

   
   
   
   
   Definer delvis trykkligning for gassene du jobber med. I denne beregningen vil vi anta en 2 liters ballong som inneholder tre gasser: nitrogen (N₂), oksygen (O₂) og karbondioksid (CO₂). Det er 10 g av hver av gassene, og temperaturen på hver av dem i kolben er 37 º Celsius. Vi må finne partialtrykket til hver gass og det totale trykket som blandingen utøver på beholderen.
   • Partialtrykksligningen vår blir P _Total = P _nitrogen + P _oksygen + P _{karbondioksid} .
   • Siden vi prøver å finne trykket som hver gass utøver, vet vi volum og temperatur, og vi kan finne hvor mange mol av hver gass som er tilstede basert på massen, og vi kan omskrive denne ligningen som: P_Total = (nRT / V) _nitrogen + (nRT / V) _oksygen + (nRT / V) _{karbondioksid}

2. 

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

3. 

   Finn antall mol for hver av gassene i prøven. Antall mol av en gass er massen til gassen som er delt av molarmassen, som vi sa er summen av atomvektene til hvert atom i forbindelsen.
   • For den første gassen er nitrogen (N₂), har hvert atom en atomvekt på 14. Siden nitrogen er diatomisk (molekylær form av to atomer), må vi multiplisere 14 med 2 for å finne at nitrogenet i prøven vår har en molær masse på 28. Del deretter massen i gram, 10 g, med 28, for å oppnå antall mol, som vi vil tilnærme til 0,4 mol nitrogen.
   • For den andre gassen, oksygen (O₂), har hvert atom en atomvekt på 16. Oksygen er også kiselgur, så multipliser 16 med 2 for å finne at oksygenet i prøven vår har en molmasse på 32. Når vi deler 10 g av 32, får vi omtrent 0,3 mol oksygen i prøve.
   • Den tredje gassen, karbondioksid (CO₂), har 3 atomer: ett karbon, med en atomvekt på 12; og to oksygen, hver med en atomvekt på 16. Vi legger til de tre vektene: 12 + 16 + 16 = 44 for molmassen. Å dele 10 g med 44 gir oss omtrent 0,2 mol karbondioksid.

4. 

   
   
   Erstatt verdiene med føflekker, volum og temperatur. Ligningen vår ser nå slik ut: P_Total = (0,4 * R * 310/2) _nitrogen + (0,3 * R * 310/2) _oksygen + (0,2 * R * 310/2) _{karbondioksid}.
   • For enkelhets skyld har vi utelatt måleenhetene som følger verdiene. Disse enhetene vil bli kansellert etter at vi har gjort matematikken, og etterlater bare måleenheten vi bruker for å rapportere trykk.

5. 

   Erstatt verdien for konstanten R. Vi vil finne det delvise og totale trykket i atmosfærer, så vi vil bruke R-verdien på 0,0821 atm L / K.mol. Å erstatte verdien i ligningen gir oss nå P_Total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitrogen + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oksygen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{karbondioksid} .

6. 

   Beregn partialtrykket for hver gass. Nå som vi har verdiene på plass, er det på tide å gjøre matte.
   • For deltrykket av nitrogen multipliserer vi 0,4 mol med vår 0,0821 konstant og vår 310 K temperatur, og deler deretter med 2 liter: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, omtrent.
   • For delvis oksygentrykk multipliserer vi 0,3 mol med vår 0,0821 konstant og vår 310 K temperatur og deler deretter med 2 liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, omtrent.
   • For partialtrykket av karbondioksid multipliserer vi 0,2 mol med vår 0,0821 konstant og vår 310 K temperatur, og deretter deler vi med 2 liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, omtrent.
   • Vi legger nå til disse trykkene for å finne det totale trykket: P_Total = 5,09 + 3,82 + 2,54, eller omtrent 11,45 atm.

Del 3 av 3: Beregning av totaltrykk og deretter delvis trykk

1. 

   Definer partialtrykksligningen som før. Igjen antar vi at en 2-liters kolbe inneholder 3 gasser: nitrogen (N₂), oksygen (O₂) og karbondioksid (CO₂). Det er 10 g av hver av gassene, og temperaturen til hver av gassene i kolben er 37 grader Celsius.
   • Temperaturen i Kelvin vil fortsatt være 310, og som før har vi omtrent 0,4 mol nitrogen, 0,3 mol oksygen og 0,2 mol karbondioksid.
   • På samme måte vil vi fremdeles finne trykk i atmosfærer, så vi vil bruke verdien på 0,0821 atm L / K.mol for konstanten R.
   • Så, vår partielle trykkligning ser fremdeles den samme ut på dette punktet: P_Total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitrogen + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oksygen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{karbondioksid}.

2. 

   Legg til antall mol av hver av gassene i prøven for å finne det totale antallet mol av gassblandingen. Siden volumet og temperaturen er den samme for hver prøve i gassen, for ikke å nevne at hver molverdi multipliseres med samme konstant, kan vi bruke den fordelende egenskapen til matematikk for å omskrive ligningen som P_Total = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Tilsetning av 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol av gassblandingen. Dette forenkler ligningen for P ytterligere _Total = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Beregn det totale trykket til gassblandingen. Multipliserende 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, ca.

4. 

   Finn andelen av hver gass i den totale blandingen. For å gjøre dette, del antall mol for hver av gassene med totalt antall mol.
   • Det er 0,4 mol nitrogen, så 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) av prøven, omtrent.
   • Det er 0,3 mol nitrogen, så 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) av prøven, omtrent.
   • Det er 0,2 mol karbondioksid, slik at 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) av prøven, ca.
   • Selv om de omtrentlige prosentene ovenfor tillegges bare 0,99, gjentas de faktiske desimalene, så den faktiske summen er en serie gjentakelser av ni etter desimal. Per definisjon er dette det samme som 1 eller 100%.

5. 

   Multipliser den proporsjonale verdien av hver gass med det totale trykket for å finne partialtrykket.
   • Multipliserende 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, ca.
   • Multiplikere 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, omtrent.
   • Multiplikere 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, omtrent.

Tips

• Du vil legge merke til en liten forskjell i verdiene ved å finne deltrykket først, deretter totaltrykket, og finne det totale trykket først og deretter deltrykket. Husk at de gitte verdiene ble presentert som omtrentlige verdier på grunn av avrunding til en eller to desimaler for å gjøre verdiene lettere å forstå. Hvis du gjør beregningene med en kalkulator, uten avrunding, vil du legge merke til et mindre, om noen, avvik mellom de to metodene.

Advarsler

• Kunnskap om delvis gasstrykk kan bli et spørsmål om liv og død for dykkere. For lavt partielt oksygentrykk kan føre til tap av bevissthet og død, mens et veldig høyt partialtrykk av hydrogen eller oksygen også kan være giftig.

Nødvendige materialer

• Kalkulator;
• Referansebok med atomvekter / molære masser.