A "résznyomás" a kémiában az a nyomás, amelyet a gázkeverékben lévő összes gáz a környezetére, például mérőlombikra, merülőlevegő -tartályra vagy légköri határra gyakorol. Kiszámíthatja a keverékben lévő összes gáz nyomását, ha ismeri a gáz mennyiségét, az általuk elfoglalt térfogatot és a hőmérsékletet. A résznyomásokat össze lehet adni a gázkeverék teljes nyomásának kiszámításához. Másrészt a teljes nyomás előre kiszámítható a parciális nyomás kiszámításához.
Lépés
Rész 1 /3: A gázok tulajdonságainak megértése
1. lépés Minden gázt „ideális” gázként kezeljen
A kémiában az ideális gáz olyan gáz, amely kölcsönhatásba lép más gázokkal anélkül, hogy a molekulákhoz vonzódna. A magányos molekulák deformálódás nélkül ütődhetnek és ugrálhatnak, mint a biliárdgolyók.
- Az ideális gáz nyomása nő, ha kisebb térben összenyomják, és csökken, ha nagyobb térben tágul. Ezt a kapcsolatot nevezik Boyle -törvénynek, amelyet Robert Boyle hozott létre. Matematikailag a képlet k = P x V, vagy egyszerűsítve: k = PV, k állandó, P nyomás, V térfogat.
- A nyomásnak több lehetséges egysége van. Az egyik Pascal (Pa). Ez az egység egy newton ereje, amelyet egy négyzetméteres felületre gyakorolnak. Egy másik egység a légkör (atm). A légkör a Föld légkörének tengerszint feletti nyomása. Az 1 atm nyomás 101 325 Pa.
- Az ideális gáz hőmérséklete a térfogat növekedésével emelkedik, és csökken a térfogat csökkenésével. Ezt a kapcsolatot nevezik Charles törvénynek, amelyet Jacques Charles tudós hozott létre. A matematikai képlet k = V / T, ahol k a térfogat és hőmérséklet állandó, V a térfogat és T a hőmérséklet.
- A gáz hőmérséklete ebben az egyenletben Kelvin fokban van megadva, amelyet úgy kapunk, hogy a 273 -as számot hozzáadjuk a Celsius -fokban mért értékhez.
- A fenti két képlet kombinálható egy egyenlettel: k = PV / T, amely PV = kT formátumban is írható.
2. lépés Határozza meg a mérendő gáz mennyiségét
A gázoknak tömege és térfogata van. A térfogatot általában literben (l) mérik, de kétféle tömeg létezik.
- A hagyományos tömeget grammban, de nagyobb mennyiségben kilogrammban mérik.
- Mivel a gázok nagyon könnyűek, az alkalmazott egységek molekulatömeg vagy moláris tömeg. A moláris tömeg a gázt alkotó vegyület egyes atomjainak összes atomtömegének összege, az egyes atomoké a szén 12 -es számához képest.
- Mivel az atomok és molekulák túl kicsik a számoláshoz, a gázmennyiséget mólban kell megadni. Az adott gázban lévő mólok számát úgy kaphatjuk meg, hogy elosztjuk a tömeget a moláris tömeggel, és n betűvel jelöljük.
- A gáz -egyenletben szereplő K állandó helyettesíthető n szorzatával, a mólok számával (mol) és az új R állandóval. Most a képlet nR = PV/T vagy PV = nRT.
- Az R értéke a gáz nyomásának, térfogatának és hőmérsékletének mérésére használt mértékegységektől függ. A térfogat literben, hőmérséklet Kelvinben és nyomás atmoszférában 0,0821 L atm/K mol. Ez az érték 0,0821 L atm K -ként írható fel-1 anyajegy -1 hogy ne használjon perjeleket a mértékegységek osztásainak ábrázolásához.
3. lépés: Ismerje meg Dalton részleges nyomás törvényét
Ezt a törvényt John Dalton vegyész és fizikus dolgozta ki, aki először kifejlesztette azt a koncepciót, hogy a kémiai elemek atomokból állnak. Dalton törvénye szerint a gázkeverék teljes nyomása a keverékben lévő egyes gázok nyomásának összege.
- A Dalton -törvény a következő P képlet formájában írható felteljes = P1 + P.2 + P.3 … A P mennyisége a jel jobb oldalán megegyezik a keverékben lévő gáz mennyiségével.
- A Dalton -törvény képletét ki lehet terjeszteni, ha olyan gázokkal foglalkozunk, amelyekben az egyes gázok parciális nyomása ismeretlen, de amelyek térfogata és hőmérséklete ismert. A gáz parciális nyomása megegyezik azzal a nyomással, amely feltételezi, hogy ebben a mennyiségben a gáz az egyetlen gáz a tartályban.
- Minden parciális nyomáshoz az ideális gáz képlet használható. PV = nRT használata helyett csak a bal oldali P használható. Ehhez mindkét oldalt el kell osztani V -vel: PV/V = nRT/V. A jobb oldali két V törli egymást, így P = nRT/V marad.
- Segítségével kicserélhetjük a jobb oldali P -ket, amelyek egy bizonyos gázt képviselnek a résznyomás képletében: Pteljes = (nRT/V) 1 + (nRT/V) 2 + (nRT/V) 3 …
2. rész a 3 -ból: A résznyomás, majd a teljes nyomás kiszámítása
1. lépés Határozza meg a parciális nyomás egyenletét minden számított gáz esetében
Ehhez a számításhoz feltételezzük, hogy egy 2 literes lombik 3 gázt tartalmaz: nitrogént (N2), oxigén (O2) és szén -dioxid (CO2). Minden gáz tömege 10 g, hőmérséklete 37 Celsius fok. Kiszámítjuk az egyes gázok résznyomását és a vegyi lombikban lévő gázkeverék teljes nyomását.
- A parciális nyomás képlete Pteljes = Pnitrogén + P.oxigén + P.szén-dioxid.
- Mivel minden egyes, ismert térfogatú és hőmérsékletű gázra keressük a nyomást, az egyes gázok mólszáma kiszámítható a tömege alapján. A képlet megváltoztatható: Pteljes = (nRT/V) nitrogén + (nRT/V) oxigén + (nRT/V) szén-dioxid
2. lépés Alakítsa át a hőmérsékletet Kelvin fokra
A hőmérséklet Celsius -ban 37 fok, ezért adjon hozzá 273-37 fokot, hogy 310 K -ot kapjon.
3. lépés. Keresse meg a mintában jelen lévő gázok mólszámát
Egy gáz mólszáma a gáz tömege osztva a moláris tömegével, ami a keverékben lévő összes atom atomtömegének összege.
- A nitrogéngázhoz (N2), minden atom atomtömege 14. Mivel a nitrogén kétatomos (kétatomos molekula), a 14 értékét meg kell szorozni 2-gyel, hogy 28 moláris tömeget kapjunk ebben a mintában. Ezután a grammban kifejezett, 10 g -os tömeget el kell osztani 28 -mal, hogy megkapjuk a molok számát, így az eredmény körülbelül 0,4 mol nitrogén.
- A következő gázhoz oxigén (O2), az egyes atomok atomtömege 16. Az oxigén is kétatomos, így 16 -szor 2 adja a mintában lévő oxigén moláris tömegét 32. 10 gramm osztva 32 -vel körülbelül 0,3 mol oxigént ad.
- A következő a szén -dioxid (CO2), amelynek 3 atomja van, nevezetesen egy szénatom 12 atomtömeggel és két oxigénatom 16 atomtömeggel. Ezt a három atomtömeget összeadva kapjuk a moláris tömeget: 12 + 16 + 16 = 44. A következő 10 grammot elosztjuk 44 -gyel, így az eredmény körülbelül 0,2 mól szén -dioxid.
4. lépés. Adja meg a mólértékeket, a térfogatot és a hőmérsékletet
A számokat beírtuk a képletbe: Pteljes = (0, 4 * R * 310/2) nitrogén + (0, 3 * R * 310/2) oxigén + (0, 2 * R * 310/2) szén-dioxid.
Az egyszerűség kedvéért az egységek nincsenek írva. Ezek az egységek törlődnek a matematikai számításokból, így csak a nyomásegységek maradnak
5. lépés. Adja meg az R állandó értékét
A teljes és a részleges nyomást légköri egységekben fejezik ki, így az R érték 0,0821 L atm/K mol. Ezt az értéket ezután beírjuk az egyenletbe úgy, hogy a képlet P legyenteljes =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) nitrogén + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) oxigén + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) szén-dioxid.
6. lépés. Számítsa ki az egyes gázok résznyomását
Most, hogy minden szükséges érték rendelkezésre áll, itt az ideje a számításnak.
- A nitrogén parciális nyomása esetén 0,4 mól 0,0821 állandóval és 310 K fokos hőmérséklettel szorozva, majd 2 literrel osztva: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, megközelítőleg.
- Az oxigén parciális nyomása esetén 0,3 mól 0,0821 állandóval és 310 K fokos hőmérséklettel szorozva, majd 2 literrel osztva: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, megközelítőleg.
- A szén -dioxid parciális nyomása esetén 0,2 molt 0,0821 állandóval és 310 K fokos hőmérséklettel meg kell szorozni, majd el kell osztani 2 literrel: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, megközelítőleg.
- Ezután a három résznyomást összeadjuk, hogy megkapjuk a teljes nyomást: Pteljes = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 vagy 11,45 atm, többé -kevésbé.
Rész 3 /3: Az össznyomás kiszámítása, majd részleges
1. lépés Határozza meg a parciális nyomás képletét, mint korábban
Ismét tegyük fel, hogy egy 2 literes lombik 3 különböző gázt tartalmaz: nitrogént (N2), oxigén (O2) és szén -dioxid (CO2). Az egyes gázok tömege 10 gramm, a hőmérséklete 37 fok.
- A hőmérséklet Kelvinben továbbra is ugyanaz a 310 fok, és a mólok száma megközelítőleg 0,4 mol nitrogén, 0,3 mol oxigén és 0,2 mol szén -dioxid.
- Az alkalmazott nyomás mértékegysége a légkör is, tehát az R állandó értéke 0,0821 L atm/K mol.
- Tehát a parciális nyomás egyenlete ezen a ponton még mindig ugyanaz: Pteljes =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) nitrogén + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) oxigén + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) szén-dioxid.
2. lépés. Adja hozzá a mintában lévő összes mól számát, hogy megkapja a gázkeverék összes mólszámát
Mivel minden gázminta térfogata és hőmérséklete megegyezik, és minden moláris értéket szintén megszorozunk ugyanazzal az állandóval, a matematika eloszlási tulajdonságát használhatjuk az egyenlet átírására a következők szerint:teljes = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.
Tegye meg az összegeket: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gázkeverék. Az egyenlet egyszerűbb lesz, nevezetesen Pteljes = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.
3. lépés Számítsa ki a gázkeverék teljes nyomását
Végezze el a szorzást: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, többé -kevésbé.
4. lépés. Számítsa ki a keveréket alkotó egyes gázok arányát
Az egyes gázok arányának kiszámításához a keverékben el kell osztani az egyes gázok mólszámát a mólok teljes számával.
- 0,4 mól nitrogén van, tehát 0,4/0,9 = 0,44 (44 százalék) minta, többé -kevésbé.
- 0,3 mól nitrogén van, tehát 0,3/0,9 = 0,33 (33 százalék) a minta, többé -kevésbé.
- 0,2 mól szén -dioxid van, tehát 0,2/0,9 = 0,22 (22 százalék) a minta, többé -kevésbé.
- Bár a fenti becsült százalékos számítás 0,99 -et ad vissza, a tényleges tizedes érték megismétlődik. Ez azt jelenti, hogy a tizedespont után a szám 9, amely megismétli önmagát. Értelemszerűen ez az érték 1 vagy 100 százalék.
5. lépés A résznyomás kiszámításához szorozzuk meg az egyes gázok arányát a teljes nyomással
- Szorozzuk meg 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, többé -kevésbé.
- Szorozzuk meg 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, többé -kevésbé.
- Szorozzuk meg 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, többé -kevésbé.
