Hoe om gedeeltelike druk te bereken: 14 stappe (met foto's)

2024 Outeur: Jason Gerald | [email protected]. Laas verander: 2024-01-19 22:11

"Gedeeltelike druk" in chemie is die druk wat elke gas in 'n gasmengsel op sy omgewing uitoefen, soos 'n maatkolf, duiklugtenk of atmosferiese grens. U kan die druk van elke gas in 'n mengsel bereken as u die hoeveelheid gas, die volume wat dit inneem en die temperatuur ken. Die gedeeltelike druk kan saamgevoeg word om die totale druk van die gasmengsel te bereken. Aan die ander kant kan die totale druk vooraf bereken word om die gedeeltelike druk te bereken.

Stap

Deel 1 van 3: Begrip van die eienskappe van gasse

Stap 1. Behandel elke gas as 'n "ideale" gas

In die chemie is 'n ideale gas 'n gas wat in wisselwerking is met ander gasse sonder om aangetrokke te word tot sy molekules. Molekules wat alleen is, kan soos biljartballe stamp en bons sonder om te vervorm.

Die druk van 'n ideale gas neem toe wanneer dit in 'n kleiner ruimte saamgepers word en neem af wanneer dit in 'n groter ruimte uitbrei. Hierdie verhouding word Boyle's Law genoem, geskep deur Robert Boyle. Wiskundig is die formule k = P x V, of vereenvoudig tot k = PV, k is 'n konstante, P is druk, terwyl V volume is.
Daar is verskeie moontlike eenhede vir druk. Een van hulle is Pascal (Pa). Hierdie eenheid word gedefinieer as die krag van een newton wat op 'n oppervlakte van een vierkante meter toegepas word. 'N Ander eenheid is die atmosfeer (atm). Atmosfeer is die druk van die aarde se atmosfeer op seevlak. 'N Druk van 1 atm is gelykstaande aan 101,325 Pa.
Die temperatuur van 'n ideale gas styg met 'n toename in volume en neem af met 'n afname in volume. Hierdie verhouding word Charles se wet genoem, geskep deur die wetenskaplike Jacques Charles. Die wiskundige formule is k = V / T, waar k die volume en temperatuur konstante is, V die volume is en T die temperatuur.
Die temperatuur van die gas in hierdie vergelyking word gegee in grade Kelvin, wat verkry word deur die getal 273 by te voeg tot die graadwaarde in Celsius.
Die twee formules hierbo kan met een vergelyking gekombineer word: k = PV / T, wat ook as PV = kT geskryf kan word.

Stap 2. Bepaal die hoeveelheid gas wat gemeet moet word

Gasse het massa en volume. Die volume word gewoonlik in liter (l) gemeet, maar daar is twee soorte massa.

Konvensionele massa word in gram gemeet, maar in groter hoeveelhede is die eenheid kilogram.
Omdat gasse baie lig is, is die eenhede wat gebruik word molekulêre massa of molêre massa. Molêre massa is die som van die totale atoommassas van elke atoom in die verbinding waaruit die gas bestaan, elke atoom in vergelyking met die getal 12 vir koolstof.
Aangesien atome en molekules te klein is om te tel, word die hoeveelheid gas in mol gespesifiseer. Die aantal mol wat in 'n gegewe gas voorkom, kan verkry word deur die massa te deel deur die molêre massa en aangedui deur die letter n.
Die konstante K in die gasvergelyking kan vervang word deur die produk van n, die aantal mol (mol) en die nuwe konstante R. Nou is die formule nR = PV/T of PV = nRT.
Die waarde van R hang af van die eenhede wat gebruik word om die druk, volume en temperatuur van die gas te meet. Vir volume in liter, temperatuur in Kelvin en druk in atmosfeer is die waarde 0,0821 L atm/K mol. Hierdie waarde kan as 0,0821 L atm K geskryf word^-1 mol ^-1 om te verhoed dat snitte gebruik word om afdelings in meeteenhede voor te stel.

Stap 3. Verstaan Dalton se wet op gedeeltelike druk

Hierdie wet is ontwikkel deur die chemikus en fisikus John Dalton, wat eers die konsep ontwikkel het dat chemiese elemente uit atome bestaan. Dalton se wet bepaal dat die totale druk van 'n mengsel van gasse die som is van die druk van die individuele gasse in die mengsel.

Die wet van Dalton kan geskryf word in die vorm van die volgende formule P_totaal = P₁ + Bl₂ + Bl₃ … die hoeveelheid P regs van die teken is gelyk aan die hoeveelheid gas in die mengsel.
Die formule van Dalton kan uitgebrei word wanneer dit te make het met verskillende gasse waarin die gedeeltelike druk van elke gas onbekend is, maar waarvan die volume en temperatuur bekend is. Die gedeeltelike druk van 'n gas is gelyk aan die druk wat veronderstel dat die gas in daardie hoeveelheid die enigste gas in die houer is.
Vir elke gedeeltelike druk kan die ideale gasformule gebruik word. In plaas daarvan om PV = nRT te gebruik, kan slegs P aan die linkerkant gebruik word. Daarvoor word beide kante gedeel deur V: PV/V = nRT/V. Die twee V's aan die regterkant kanselleer mekaar en laat P = nRT/V.
Ons kan dit gebruik om elke P aan die regterkant wat 'n bepaalde gas in die gedeeltelike drukformule voorstel, te vervang: P_totaal = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

Deel 2 van 3: Berekening van gedeeltelike druk, dan totale druk

Stap 1. Bepaal die gedeeltelike drukvergelyking vir elke gas wat u bereken

Vir hierdie berekening word aanvaar dat 'n 2 liter -kolf 3 gasse bevat: stikstof (N₂), suurstof (O₂), en koolstofdioksied (CO₂). Elke gas het 'n massa van 10 g en 'n temperatuur van 37 grade Celsius. Ons bereken die gedeeltelike druk van elke gas en die totale druk van die gasmengsel in die chemiese kolf.

Die gedeeltelike drukformule is P_totaal = P_stikstof + Bl_suurstof + Bl_{koolstofdioksied}.
Aangesien ons die druk soek vir elke gas met 'n bekende volume en temperatuur, kan die aantal mol van elke gas bereken word op grond van die massa daarvan. Die formule kan verander word na: P_totaal = (nRT/V) _stikstof + (nRT/V) _suurstof + (nRT/V) _{koolstofdioksied}

Stap 2. Skakel die temperatuur om na grade Kelvin

Die temperatuur in Celsius is 37 grade, dus voeg 273 tot 37 by om 310 grade K.

Stap 3. Vind die aantal mol van elke gas wat in die monster voorkom

Die aantal mol van 'n gas is die massa van die gas gedeel deur sy molêre massa, wat die som is van die atoommassas van elke atoom in die mengsel.

Vir stikstofgas (N.₂), het elke atoom 'n atoommassa van 14. Aangesien stikstof diatomies is ('n twee-atoommolekule), moet die waarde van 14 met 2 vermenigvuldig word om 'n molêre massa van 28 vir die stikstof in hierdie monster te verkry. Vervolgens word die massa in gram, 10g, gedeel deur 28 om die aantal mol te kry, dus die resultaat is ongeveer 0,4 mol stikstof.
Vir die volgende gas, suurstof (O₂), elke atoom het 'n atoommassa van 16. Suurstof is ook diatomies, dus gee 16 maal 2 die molêre massa suurstof in die monster 32. 10 gram gedeel deur 32 gee ongeveer 0,3 mol suurstof.
Vervolgens is koolstofdioksied (CO₂), wat 3 atome het, naamlik een koolstofatoom met 'n atoommassa van 12 en twee suurstofatome met 'n atoommassa van 16. Hierdie drie atoommassas word bygevoeg om die molêre massa te kry: 12 + 16 + 16 = 44. Die volgende 10 gram word gedeel deur 44, dus die resultaat is ongeveer 0,2 mol koolstofdioksied.

Stap 4. Voer die molwaardes, volume en temperatuur in

Die getalle is ingevoer in die formule: P_totaal = (0, 4 * R * 310/2) _stikstof + (0, 3 * R * 310/2) _suurstof + (0, 2 * R * 310/2) _{koolstofdioksied}.

Vir die eenvoud is die eenhede nie geskryf nie. Hierdie eenhede sal in die wiskundige berekeninge uitgevee word, en slegs die druk -eenhede sal oorbly

Stap 5. Voer die waarde van die konstante R. in

Die totale en gedeeltelike druk word uitgedruk in atmosferiese eenhede, dus is die gebruikte R -waarde 0,0821 L atm/K mol. Hierdie waarde word dan in die vergelyking ingevoer sodat die formule P is_totaal =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _stikstof + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _suurstof + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{koolstofdioksied}.

Stap 6. Bereken die gedeeltelike druk vir elke gas

Noudat al die vereiste waardes beskikbaar is, is dit tyd om die wiskunde te doen.

Vir die gedeeltelike druk van stikstof word 0,4 mol vermenigvuldig met 'n konstante van 0,0821 en 'n temperatuur van 310 grade K, dan gedeel deur 2 liter: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, ongeveer.
Vir die gedeeltelike suurstofdruk word 0,3 mol vermenigvuldig met 'n konstante van 0,0821 en 'n temperatuur van 310 grade K, dan gedeel deur 2 liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, ongeveer.
Vir die gedeeltelike druk van koolstofdioksied word 0,2 mol vermenigvuldig met 'n konstante van 0,0821 en 'n temperatuur van 310 grade K, dan gedeel deur 2 liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, ongeveer.
Die drie gedeeltelike druk word dan saamgevoeg om die totale druk te kry: P_totaal = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 of 11.45 atm, min of meer.

Deel 3 van 3: Berekening van totale druk, dan gedeeltelik

Stap 1. Bepaal die gedeeltelike drukformule soos voorheen

Aanvaar weer dat 'n 2 liter -kolf drie verskillende gasse bevat: stikstof (N₂), suurstof (O₂), en koolstofdioksied (CO₂). Die massa van elke gas is 10 gram en die temperatuur van elkeen is 37 grade C.

Die temperatuur in Kelvin is steeds dieselfde 310 grade en die aantal mol is ongeveer 0,4 mol stikstof, 0,3 mol suurstof en 0,2 mol koolstofdioksied.
Die eenheid van druk wat gebruik word, is ook die atmosfeer, dus die waarde van die konstante R is 0,0821 L atm/K mol.
Die gedeeltelike drukvergelyking is op hierdie punt nog steeds dieselfde: P_totaal =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _stikstof + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _suurstof + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{koolstofdioksied}.

Stap 2. Voeg die aantal mol van elke gas in die monster by om die totale aantal mol van die gasmengsel te kry

Aangesien die volume en temperatuur dieselfde is vir elke gasmonster en elke molwaarde ook met dieselfde konstante vermenigvuldig word, kan ons die verspreidings eienskap van wiskunde gebruik om die vergelyking soos volg te herskryf:_totaal = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Doen die somme: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gasmengsel. Die vergelyking sal eenvoudiger wees, naamlik P_totaal = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Stap 3. Bereken die totale druk van die gasmengsel

Doen die vermenigvuldiging: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, min of meer.

Stap 4. Bereken die verhouding van elke gas wat die mengsel uitmaak

Om die verhouding van elke gas in die mengsel te bereken, deel die aantal mol van elke gas deur die totale aantal mol.

Daar is 0,4 mol stikstof, dus 0,4/0,9 = 0,44 (44 persent) monster, min of meer.
Daar is 0,3 mol stikstof, dus 0,3/0,9 = 0,33 (33 persent) van die monster, min of meer.
Daar is 0,2 mol koolstofdioksied, dus 0,2/0,9 = 0,22 (22 persent) van die monster, min of meer.
Alhoewel die beraamde persentasieberekening hierbo 0,99 gee, herhaal die werklike desimale waarde homself. Dit beteken dat die getal na die desimale punt 9 is wat homself herhaal. Per definisie is hierdie waarde gelyk aan 1, of 100 persent.