Як розрахувати парціальний тиск: 14 кроків

У хімії «парціальним тиском» називають тиск, який чинить окремо взятий компонент з газової суміші зовнішнього середовища, наприклад, на колбу, балон або кордон атмосфери. Ви можете підрахувати тиск кожного газу, якщо знаєте його кількість, який обсяг він займає і яка його температура. Потім ви можете скласти парціальні тиску і знайти спільне парціальний тиск суміші газів, або знайдіть спочатку загальний тиск, а потім - парціальний.

кроки

Частина 1 з 3:

Розуміння властивості газів

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 1

1. Прийміть кожен газ як «ідеальний». У хімії «ідеальний газ» - той, який взаємодіє з іншими речовинами, не вступаючи з ними в з`єднання. Окремі молекули можуть стикатися один з одним і відштовхуватися, як кулі для більярду, що не деформуючись при цьому.

Тиск ідеального газу зростає, якщо його помістити в менший обсяг, і зменшується, якщо газ знаходиться в більшому обсязі. Це відношення називається законом Бойля-Маріотта, на ім`я вчених Роберта Бойля і Едма Маріотта. Математична запис закону: k = P x V або, спрощено, k = PV, де k представляє константу співвідношення, P - тиск, а V - об`єм.
Тиск може бути зазначено в декількох різних одиницях. Одна з них, Паскаль (Па), визначається як сила в 1 ньютон, прикладена до площі в 1 квадратний метр. Інший варіант подання тиску - в атмосферах (атм). Ця одиниця визначається як тиск земної атмосфери на рівні моря. Тиск в 1 атмосферу одно 101,325 Па.
Температура ідеального газу зростає при збільшенні його обсягу і знижується при зменшенні обсягу. Це відношення називають законом Чарльза, на ім`я Жака Чарльза. Математична запис закону: k = V / T, де k - константа співвідношення між обсягом і температурою, V знову представляє обсяг газу, а T - його температуру.
Температура газів в цих рівняннях приведена в градусах Кельвіна, її можна знайти, додавши 273 до числа градусів Цельсія в температурі газу.
Ці два відносини можна об`єднати в одне рівняння: k = PV / T, яке також можна записати як PV = kT.

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 2

2. Визначте кількість газів. У газів є і маса, і обсяг. Обсяг зазвичай вимірюють в літрах (л), але є два варіанти підрахунку маси.

Зазвичай масу вимірюють в грамах або, якщо вона досить велика, в кілограмах.

Оскільки гази зазвичай важать дуже мало, їх маса також обчислюється в окрему одиницю виміру, званої молекулярної масою, або молярної масою. Молярна маса визначається як сума атомарних ваг всіх атомів в газоподібному речовині, кожен атом порівнюється з масою карбону (12)

Оскільки атоми і молекули дуже малі, щоб працювати з ними безпосередньо, кількість газу визначається в молях. Кількість молей в даному газі можна знайти, розділивши масу на молярну масу, значення відзначається буквою n.

Ми можемо замінити постійну k константу в рівнянні газу числом n, кількістю молей (mol), і ввести нову константу R. Тоді рівняння буде записано у вигляді nR = PV / T або PV = nRT.

Значення R залежить від одиниць, в яких вимірюються тиск газу, обсяги і температура. Для обсягу в літрах, температури в Кельвіна і тиску в атмосферах, значення дорівнює 0,0821 л атм / K мовляв. Це можна записати у вигляді 0,0821 л атм K мовляв, щоб уникнути використання розділової риси при вказівці одиниць вимірювання.

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 3

3. Розуміння закону Дальтона про парціальному тиску. Закон, відкритий хіміком і фізиком Джоном Дальтоном, який першим припустив, що хімічні елементи складаються з окремих атомів, говорить: загальний тиск суміші газів дорівнює сумі тисків кожного газу в суміші.

Закон Дальтона можна записати в такому вигляді: P_{загальне} = P₁ + П₂ + П₃ ... з такою кількістю доданків після знака рівності, яка кількість газів в суміші.

Рівняння закону Дальтона можна розширити при роботі з газами, чиє індивідуальне тиск невідомо, але для яких відомі температура і об`єм. Парціальний тиск газу - таке ж, як і для рівного об`єму газу, повністю займає відведений обсяг.

Для кожного парціального тиску ми можемо переписати рівняння ідеального газу. Замість PV = nRT ми може залишити тільки P в лівій частині перед знаком рівності. Щоб зробити це, обидві частини рівняння потрібно розділити на V: PV / V = nRT / V. Дві V зліва скорочуються, залишається P = nRT / V.

Потім для кожного P праворуч ми можемо виконати заміну, вписавши рівняння парціального тиску: P_{загальне} = (NRT / V) ₁ + (НРТ / В) ₂ + (НРТ / В) ₃ ..

Частина 2 з 3:

Підрахунок парціального, потім загального тиску

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 4

1. Визначте рівняння парціального тиску для газів, з якими ви працюєте. Для обчислювальних цілей візьмемо приклад: в колбі об`ємом 2 літри міститься 2 газу, нитроген (N₂), Оксиген (O₂) І карбон діоксид, вуглекислий газ (CO₂). Кожного газу - по 10 г, температура кожного газу в колбі дорівнює 37 градусам Цельсія. Потрібно знайти парціальний тиск кожного газу і загальний тиск суміші газів на ємність.

Наше рівняння парціального тиску буде виглядати наступним чином: P_total = P_{нитроген} + P_{оксиген} + P_{карбон діоксид}.
Оскільки ми намагаємося знайти тиск, який чинить кожен з газів, знаємо обсяг і температуру і можемо знайти кількість молей кожного газу, грунтуючись на масі речовини, ми можемо переписати рівняння в наступній формі: P_{загальне} = (NRT / V) _{нитроген} + (NRT / V) _{оксиген} + (НРТ / В) _{карбон діоксид}

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 5

2. Переведіть температуру в градуси Кельвіна. Температура за Цельсієм дорівнює 37 градусам, тому ми додамо 273 до 37 і отримаємо 310 градусів K.

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 6

3. Знайдіть кількість молей кожного газу в зразку. Число молей газу одно масі газу, поділеній на його молярну масу, яка, як уже говорилося, дорівнює сумі ваг усіх атомів в складі.

Для нашого першого газу, нітрогену (N₂), Кожен атом має атомарної масою 14. Оскільки нитроген містить два атоми (складається з двохатомних молекул), ми повинні помножити 14 на 2, щоб знайти молярну масу нітрогену, вона дорівнює 28. Потім ми ділимо масу в грамах, 10 г, на 28, щоб отримати кількість молей, яке приблизно дорівнює 0,4 моль.

У другого газу, оксигена (O₂), Маса кожного атома дорівнює 16. Оксиген також двоатомний газ, тому ми множимо 16 на 2 і отримуємо молярну масу, рівну 32. Розділивши 10 г на 32, ми отримаємо приблизно 0,3 моль оксигена в складі зразка суміші газів.

Третій газ, карбон діоксид (CO₂), Складається з 3 атомів: одного атома карбону з атомарної масою 12 і двох атомів оксигена, кожен з атомарної масою 16. Ми складаємо всі три ваги: 12 + 16 + 16 = 44 становить молярну масу. Розділивши 10 г на 44, ми отримаємо приблизно 0,2 благаючи карбон діоксиду.

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 7

4. Підставте значення для молей, обсягу і температури. Наше рівняння буде виглядати так: P_{загальне} = (0,4 * R * 310/2) _{нитроген} + (0,3 * R * 310/2) _{оксиген} + (0,2 * R * 310/2) _{карбон діоксид}.

Для простоти ми залишили поточні значення одиниць вимірювання. Ці одиниці підуть після математичних обчислень, і залишаться тільки ті, які беруть участь у визначенні тиску.

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 8

5. Підставте значення константи R. Ми будемо вказувати парціальний і загальний тиск в атмосферах, тому використовуємо значення R, рівне 0,0821 л атм / K моль. Підстановка цього значення в рівняння дає нам P_{загальне} = (0,4 * 0,0821 * 310/2) _{нитроген} + (0,3 * 0,0821 * 310/2) _{оксиген} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{карбон діоксид}.

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 9

6. Підрахуйте парціальний тиск кожного газу. Зараз все значення на місці, пора перейти до математичних обчислень.

Щоб знайти парціальний тиск нітрогену, помножимо 0,4 моль на нашу константу 0,0821 і температуру 310 градусів K, потім розділимо на 2 літри: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 атм, приблизно.

Для отримання парціального тиску оксигена помножимо 0,3 моль на константу 0,0821 і температуру 310 градусів K, потім розділимо на 2 літри: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 атм, приблизно.

Щоб знайти парціальний тиск карбон діоксиду, множимо 0,2 моль на константу 0,0821 і температуру 310 градусів K, потім ділимо на 2 літри: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 атм, приблизно.

Тепер складемо отримані значення тисків і знайдемо загальний тиск: P_{загальне} = 5,09 + 3,82 + 2,54, або 11,45 атм, приблизно.

Частина 3 з 3:

Обчислення загального, потім парціального тиску

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 10

1. Визначте парціальний тиск, як і раніше. Знову, візьмемо в приклад колбу на 2 літри з трьома газами: нітрогену (N₂), Оксигену (O₂) І карбон діоксидом (CO₂). У нас по 10 г кожного газу, температура кожного газу в колбі дорівнює 37 ° C.

Температура за Кельвіном буде такою ж, 310 градусів, як і раніше, у нас буде приблизно 0,4 моль нітрогену, 0,3 моль оксигена і 0,2 моль карбон діоксиду.
Ми також будемо вказувати тиск в атмосферах, тому будемо використовувати значення 0,0821 л атм / K моль для константи R.
Таким чином, наше рівняння парціального тиску на поточний момент виглядає так само, як раніше: P_{загальне} = (0,4 * 0,0821 * 310/2) _{нитроген} + (0,3 * 0,0821 * 310/2) _{оксиген} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{карбон діоксид}.

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 11

2. Складіть кількість молей кожного газу в зразку, щоб знайти загальну кількість молей в суміші газів. Оскільки обсяг і температура однакові для всіх газів, не кажучи про те, що кожна молярна маса збільшується на одну і ту ж константу, ми можемо використовувати розподільна властивість множення і переписати рівняння в наступному вигляді: P_{загальне} = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.

Складаємо 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 моль суміші газів. Це спростить наше вираз до P_{загальне} = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 12

3. Знайдіть загальний тиск суміші газів. Множимо 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 моль, приблизно.

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 13

4. Знайдіть пропорцію кожного газу в суміші. Для цього розділіть кількість молей кожного газу на загальну кількість молей в суміші.

У нас 0,4 моль нітрогену, тому 0,4 / 0,9 = 0,44 (44 відсотки) в зразку, приблизно.

У нас 0,3 моль оксигена, тому 0,3 / 0,9 = 0,33 (33 відсотки) в зразку, приблизно.

У нас 0,2 моль карбон діоксиду, тому 0,2 / 0,9 = 0,22 (22 відсотки) в зразку, приблизно.

Хоча в обчисленнях вище сума приблизних значень у відсотках дає всього 0,99, точні значення є періодичними, так що сума насправді буде дорівнює повторюваним дев`яткам після коми. За визначенням це те ж саме, що 1 або 100 відсотків.

Зображення з назвою Calculate Partial Pressure Step 14

5. Помножимо пропорційну кількість кожного газу на загальний тиск, щоб знайти парціальний тиск.

Множимо 0,44 * 11,45 = 5,04 атм, приблизно.

Множимо 0,33 * 11,45 = 3,78 атм, приблизно.

Множимо 0,22 * 11,45 = 2,52 атм, приблизно.

Поради

Ви помітите невелику різницю в значеннях при обчисленні спочатку парціального тиску, а потім загального, і при підрахунку спочатку загального, а потім парціального тиску. Пам`ятайте, що наведені значення дані приблизно, оскільки вони округлені до 1 або 2 знаків після коми для простоти підрахунків і розуміння. Якщо ви виконуєте обчислення самостійно без округлення, ви помітите або меншу різницю між значеннями або не помітите її зовсім.

попередження

Знання парціального тиску газів може стати питанням життя і смерті для дайверів. Занадто низька парціальний тиск кисню може привести до несвідомого стану або смерті, але занадто високий парціальний тиск азоту або кисню також може привести до отруєння.

вам будуть потрібні

калькулятор
Довідник атомарних ваг / молярних мас