Ako vypočítať čiastočný tlak: 14 krokov

V chémii "čiastočný tlak" sa vzťahujú na tlak, ktorý má samostatnú zložku z plynnej zmesi vonkajšieho prostredia, napríklad na banke, valcovi alebo v atmosfére. Môžete vypočítať tlak každého plynu, ak poznáte jeho množstvo, aké množstvo trvá a čo je jeho teplota. Potom môžete zložitý tlak a nájsť celkový čiastočný tlak zmesi plynov, alebo nájsť všeobecný tlak na prvom mieste a potom čiastočný.

Kroky

Časť 1 z 3:

Pochopenie vlastností plynov

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 1

jeden. Vezmite každý plyn ako "dokonalý". V chémii "Perfektný plyn" - ten, ktorý spolupracuje s inými látkami bez toho, aby ich zadali. Samostatné molekuly sa môžu navzájom čeliť a vytlačiť gule pre biliard, bez deformácie.

Tlak dokonalého plynu sa zvyšuje, ak je umiestnený v menšom objeme a znižuje sa, ak je plyn vo väčšom objeme. Tento vzťah sa nazýva zákon Boyl Mariotta, menom vedci Robert Boyle a Edma Mariotta. Matematický záznam zákona: k = p x v alebo, zjednodušený, k = PV, kde k predstavuje vzťah konštantu, p - tlak a Voluškový objem.
Tlak môže byť špecifikovaný v niekoľkých rôznych jednotkách. Jeden z nich, Pascal (PA), je definovaný ako sila v 1 Newton, pripojená k námestiu v 1 štvorcovom meter. Ďalšia verzia reprezentácie tlaku - v atmosférech (atm). Táto jednotka je definovaná ako tlak atmosféry Zeme na mori. Tlak v 1 atmosfére je 101,325 Pa.
Teplota ideálneho plynu sa zvyšuje s rastúcim objemom a znižuje sa s poklesom objemu. Tento vzťah sa nazýva Karlovský zákon, podľa názvu Jacques Charles. Matematický záznam zákona: k = v / t, kde K je konštantná pomeru medzi objemom a teplotou, opäť predstavuje objem plynu a t je jeho teplota.
Teplota plynu v týchto rovniciach je uvedená v stupňoch Kelvin, možno nájsť, pridať 273 na počet stupňov Celzia pri teplote plynu.
Tieto dva vzťahy môžu byť kombinované do jednej rovnice: K = PV / T, ktoré môžu byť tiež napísané ako PV = KT.

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 2

2. Určite počet plynov. Plyn má hmotnosť a objem. Objem sa zvyčajne meria v litroch (L), ale existujú dva varianty počítania hmoty.

Zvyčajne sa hmotnosť meria v gramoch alebo, ak je dostatočne veľká, v kilogramoch.

Keďže plyny zvyčajne vážia veľmi málo, ich hmotnosť sa vypočíta aj v samostatnej jednotke merania, nazývanej molekulovej hmotnosti alebo molárnej hmotnosti. Molárna hmotnosť je definovaná ako súčet atómových hmotností všetkých atómov v plynnej látke, každý atóm sa porovnáva s hmotnosťou uhlíka (12)

Keďže atómy a molekuly sú príliš malé na prácu s nimi priamo, množstvo plynu sa stanoví v móloch. Počet mólov v tomto plyne možno nájsť rozdelením hmotnosti na molárnej hmotnosti, hodnota je zaznamenaná písmenom n.

Môžeme nahradiť konštantnú k konštantu v plynovej rovnici n, množstvo moly (mol) a zadajte nový konštantný r. Potom bude rovnica zaznamenaná vo forme NR = PV / T alebo PV = NRT.

Hodnota R závisí od jednotiek, v ktorých sa merajú tlak plynu, objem a teploty. Pre objem v litroch, teplote v Kelvinovom a tlaku v atmosfére je hodnota 0,0821 l ATM / K. To môže byť napísané ako 0,0821 litrov ATM K, aby sa zabránilo používaniu funkcie separácie pri zadávaní jednotiek merania.

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 3

3. Pochopenie zákona Daltonu o čiastočnom tlaku. Zákon, otvorený chemik a fyzik John Dalton, ktorý prvýkrát navrhol, že chemické prvky pozostávajú z jednotlivých atómov, znie: celkový tlak zmesi plynu sa rovná množstvu tlaku každého plynu v zmesi.

Daltonov zákon možno zaznamenať v tomto formulári: p_Všeobecný P_jeden + P. t₂ + P. t₃ ... s toľkými pojmami po známke rovnosti, aký je počet plynov v zmesi.

Rovnica zákona Daltonu môže byť rozšírená pri práci s plynmi, ktorých individuálny tlak nie je známy, ale pre ktoré sú známe teplota a objem. Čiastočný tlak plynu je rovnaký ako pre rovnaký objem plynu, ktorý úplne zaberá pridelený objem.

Pre každý čiastočný tlak môžeme prepísať rovnicu dokonalého plynu. Namiesto PV = NRT, môžeme opustiť len p na ľavej strane pred známkou rovnosti. Na tento účel musia byť obe časti rovnice rozdeliť do V: PV / V = NRT / V. Dva v ľavom strihu, zostáva P = NRT / V.

Potom, pre každý p vpravo, môžeme nahradiť substitúciu, uzavrieť rovnicu čiastočného tlaku: p_Všeobecný = (NRT / V) _jeden + (NRT / V) ₂ + (NRT / V) ₃ ..

Časť 2 z 3:

Počítanie čiastočného, potom všeobecný tlak

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 4

jeden. Určiť rovnicu čiastočného tlaku na plyny, s ktorými pracujete. Na výpočtové účely užívame príklad: 2 litrový hromadný obsahuje 2 plyn, dusík (n₂), kyslík (o₂) a oxid uhličitý, oxid uhličitý (CO₂). Každý plyn - 10 g, teplota každého plynu v banke je 37 stupňov Celzia. Je potrebné nájsť čiastočný tlak každého plynu a celkový tlak zmesi plynov do nádoby.

Naša čiastková rovnica tlaku bude vyzerať takto: p_Celkom P_Dusík + P. t_Okigen + P. t_{Oxid uhličitý}.
Vzhľadom k tomu, že sa snažíme nájsť tlak, že každý z plynov má, poznáme objem a teplotu a môžeme nájsť počet mólov každého plynu, na základe hmotnosti hmoty, môžeme prepísať rovnicu v nasledujúcom formulári: P_Všeobecný = (NRT / V) _Dusík + (NRT / V) _Okigen + (NRT / V) _{Oxid uhličitý}

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 5

2. Premiestnite teplotu do stupňov Kelvin. Teplota Celzia je 37 stupňov, takže pridáme 273 až 37 a dostaneme 310 stupňov K.

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný tlak Krok 6

3. Nájdite počet mólov každého plynu vo vzorke. Počet plynových mólov sa rovná hmotnosti plynu deleného jeho molárnou hmotnosťou, ktorá sa, ako už bolo uvedené, sa rovná súčtu hmotností všetkých atómov v kompozícii.

Pre náš prvý plyn, dusík (n₂) Každý atóm má atómovú hmotnosť 14. Pretože dusík obsahuje dva atómy (pozostávajú z diatónu molekúl), musíme znásobiť 14 o 2, aby sme našli molárnu hmotnosť dusíka, je rovná 28. Potom rozdelíme hmotnosť v gramoch, 10 g, na 28, aby sme získali počet mólov, ktoré sú približne 0,4 mol.

Na druhom plyne, kyslík (o₂), hmotnosť každého atómu sa rovná 16. OXIGEN tiež DHOKATOM plyn, takže sme množili 16 o 2 a získame molárnu hmotnosť rovnú 32. Rozdelenie 10 g do 32, dostaneme približne 0,3 mol oxigénu ako súčasť vzorky zmesi plynov.

Tretí plyn, oxid uhličitý (CO₂), pozostáva z 3 atómov: jeden atóm uhlíka s atómovými hmotnosťou 12 a dva atómy kyslíka, každý s atómovými hmotnosťou 16. Skladujeme všetky tri hmotnosti: 12 + 16 + 16 = 44 je molárna hmota. Rozdelenie 10 g za 44, dostaneme približne 0,2 modlitbu oxidu uhlíka.

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 7

4. Podávacie hodnoty pre móly, objem a teplota. Naša rovnica bude vyzerať takto: p_Všeobecný = (0,4 * R * 310/2) _Dusík + (0,3 * R * 310/2) _Okigen + (0,2 * R * 310/2) _{Oxid uhličitý}.

Pre jednoduchosť sme opustili súčasné meracie jednotky. Tieto jednotky odídu po matematickom počítači a zostanú len tie, ktoré sa zúčastňujú na definícii tlaku.

Obrázok s názvom Vypočítajte čiastočný krok tlaku 8

päť. Submit hodnoty konštantného r. Uveďte čiastočný a všeobecný tlak v atmosférech, pretože používame hodnotu R, rovná 0,0821 litram ATM / K MOL. Substitúcia tejto hodnoty v rovnici nám dáva p_Všeobecný = (0,4 * 0.0821 * 310/2) _Dusík + (0,3 * 0.0821 * 310/2) _Okigen + (0,2 * 0.0821 * 310/2) _{Oxid uhličitý}.

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 9

6. Vypočítať čiastočný tlak každého plynu. Teraz sú všetky hodnoty na mieste, je čas ísť na matematické výpočty.

Ak chcete nájsť čiastočný parciálny tlak v čiastočnom dusíku, vynásobte 0,4 mol na našej konštantnej 0,0821 a teplote 310 stupňov K, potom rozdelené 2 litrami: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,0921 * 310/2 = 5,09 ATM, približne.

Na získanie parciálneho tlaku kyslíka, vynásobte 0,3 mol na konštantu 0,0821 a teplotu 310 stupňov K, potom sa oddelí 2 litrami: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 ATM, približne.

Na nájdenie parciálneho tlaku oxidu uhlíka, vynásobte 0,2 mol na konštantu 0,0821 a teplotu 310 stupňov K, potom rozdelené 2 litrami: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, približne.

Teraz položte výsledné hodnoty tlaku a nájdite všeobecný tlak: p_Všeobecný = 5,09 + 3,82 + 2,54 alebo 11,45 ATM, približne.

Časť 3 z 3:

Výpočet všeobecného, potom čiastočný tlak

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 10

jeden. Určiť čiastočný tlak, ako predtým. Napríklad banky pre 2 litre s tromi plynmi: dusík (n₂), kyslík (o₂) a oxid uhličitý (CO₂). Máme 10 g každého plynu, teplota každého plynu v banke je 37 ° C.

Teplota v Kelvinu bude rovnaká, 310 stupňa, ako predtým, budeme mať asi 0,4 molárny dusík, 0,3 mol oxigénu a 0,2 mol oxidu uhličitého.
Budeme tiež naznačovať tlak v atmosfére, preto budeme používať hodnotu 0,0821 litrov ATM / K mol pre konštantné R.
Naša čiastková rovnica v súčasnosti vyzerá rovnako ako predtým: p_Všeobecný = (0,4 * 0.0821 * 310/2) _Dusík + (0,3 * 0.0821 * 310/2) _Okigen + (0,2 * 0.0821 * 310/2) _{Oxid uhličitý}.

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 11

2. Zložte počet mólov každého plynu vo vzorke, aby ste našli celkový počet mólov v zmesi plynov. Pretože objem a teplota je rovnaká pre všetky plyny, nehovoriac o tom, že každá molárna hmotnosť sa vynásobí rovnakou konštantnou, môžeme použiť distribučnú vlastnosť násobenie a prepísať rovnicu v nasledujúcom tvare: p_Všeobecný = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.

Sme zložili 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol plynov. To zjednoduší náš výraz na_Všeobecný = 0,9 * 0.0821 * 310/2.

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 12

3. Nájdite celkový tlak na zmes plynu. Vynásobte 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, približne.

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 13

4. Nájdite podiel každého plynu v zmesi. Ak to chcete urobiť, rozdeľte počet mólov každého plynu na celkový počet mólov v zmesi.

Máme 0,4 mol dusík, pretože 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) vo vzorke, približne.

Máme 0,3 mol kyslík, pretože 0,3 / 0,9 = 0,33 (33 percent) vo vzorke, približne.

Máme 0,2 mol oxid uhličitý, pretože 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) vo vzorke, približne.

Hoci výpočty nad súčtom približných hodnôt v percentách dáva len 0,99, presné hodnoty sú pravidelné, takže suma sa skutočne rovná opakujúcej sa deniam po čiaste. Podľa definície je to rovnaké ako 1 alebo 100%.

Obrázok s názvom Vypočítať čiastočný krok tlaku 14

päť. Vynásobte proporcionálne množstvo každého plynu pre všeobecný tlak na nájdenie parciálneho tlaku.

Vynásobte 0,44 * 11,45 = 5,04 ATM, približne.

Vynásobte 0,33 * 11.45 = 3,78 ATM, približne.

Vynásobte 0,22 * 11,45 = 2,52 ATM, približne.

Tipy

Pri výpočte prvého parciálneho tlaku si všimnete malý rozdiel v hodnotách a potom vo všeobecnosti a pri počítaní najprv vo všeobecnosti a potom čiastočný tlak. Nezabudnite, že hodnoty sú uvedené približne preto, že sú zaokrúhlené na 1 alebo 2 znaky po čiarke pre jednoduchosť počítania a porozumenia. Ak vykonávate výpočty sami bez zaokrúhľovania, všimnete si alebo menší rozdiel medzi hodnotami alebo si ho nevšimnete vôbec.

Upozornenia

Znalosť čiastočného tlaku plynov môže byť záležitosťou života a smrti pre potápačov. Príliš nízky parciálny tlak kyslíka môže viesť k nevedomému stavu alebo smrti, ale príliš vysoký čiastočný tlak dusíka alebo kyslíka môže tiež viesť k otravu.

Budete potrebovať

Kalkulačka
Príručka atómových váh / molárnych masív