Hur man beräknar partiellt tryck: 14 steg (med bilder)

2024 Författare: Jason Gerald | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-19 22:14

"Partiellt tryck" i kemi är trycket som varje gas i en gasblandning utövar på sin omgivning, till exempel en mätkolv, dykluftbehållare eller atmosfärisk gräns. Du kan beräkna trycket för varje gas i en blandning om du känner till mängden gas, volymen den upptar och temperaturen. Deltrycken kan läggas ihop för att beräkna gasblandningens totala tryck. Å andra sidan kan det totala trycket beräknas i förväg för att beräkna deltrycket.

Steg

Del 1 av 3: Förstå gasernas egenskaper

Steg 1. Behandla varje gas som en”idealisk” gas

Inom kemi är en idealgas en gas som interagerar med andra gaser utan att attraheras av dess molekyler. Molekyler som är ensamma kan stöta och studsa som biljardbollar utan att deformeras.

Trycket hos en idealgas ökar när den komprimeras i ett mindre utrymme och minskar när den expanderar i ett större utrymme. Detta förhållande kallas Boyles lag skapad av Robert Boyle. Matematiskt är formeln k = P x V, eller förenklad till k = PV, k är en konstant, P är tryck, medan V är volym.
Det finns flera möjliga enheter för tryck. En av dem är Pascal (Pa). Denna enhet definieras som kraften av en newton applicerad på en yta på en kvadratmeter. En annan enhet är atmosfären (atm). Atmosfär är trycket från jordens atmosfär vid havsnivå. Ett tryck på 1 atm motsvarar 101 325 Pa.
Temperaturen för en idealgas stiger med en volymökning och minskar med en minskning av volymen. Denna relation kallas Charles 'Law skapad av forskaren Jacques Charles. Den matematiska formeln är k = V / T, där k är volymen och temperaturkonstanten, V är volymen och T är temperaturen.
Gasens temperatur i denna ekvation anges i grader Kelvin, vilket erhålls genom att lägga till talet 273 till gradvärdet i Celsius.
De två formlerna ovan kan kombineras med en ekvation: k = PV / T, som också kan skrivas som PV = kT.

Steg 2. Bestäm mängden gas som ska mätas

Gaser har massa och volym. Volymen mäts vanligtvis i liter (l), men det finns två typer av massa.

Konventionell massa mäts i gram, men i större mängder är enheten kilogram.
Eftersom gaser är mycket lätta är enheterna som används molekylmassa eller molmassa. Molmassa är summan av de totala atommassorna för varje atom i föreningen som utgör gasen, varje atom jämfört med talet 12 för kol.
Eftersom atomer och molekyler är för små för att räknas, specificeras mängden gas i mol. Antalet mol som finns i en given gas kan erhållas genom att dividera massan med molmassan och betecknas med bokstaven n.
Konstanten K i gasekvationen kan ersättas med produkten av n, antalet mol (mol) och den nya konstanten R. Nu är formeln nR = PV/T eller PV = nRT.
Värdet på R beror på de enheter som används för att mäta gasens tryck, volym och temperatur. För volym i liter, temperatur i Kelvin och tryck i atmosfärer är värdet 0,0821 L atm/K mol. Detta värde kan skrivas som 0,0821 L atm K^-1 mol ^-1 för att undvika att använda snedstreck för att representera indelningar i måttenheter.

Steg 3. Förstå Daltons lag om partiellt tryck

Denna lag utvecklades av kemisten och fysikern John Dalton, som först utvecklade konceptet att kemiska element är gjorda av atomer. Daltons lag säger att det totala trycket för en blandning av gaser är summan av trycket för de enskilda gaserna i blandningen.

Daltons lag kan skrivas i form av följande formel P_total = P₁ + P₂ + P₃ … mängden P till höger om tecknet är lika med mängden gas i blandningen.
Daltons lagformel kan utökas vid hantering av olika gaser där partialtrycket för varje gas är okänt, men vars volym och temperatur är kända. Deltrycket för en gas är lika med trycket som förutsätter att gasen i den mängden är den enda gasen i behållaren.
För varje partialtryck kan den ideala gasformeln användas. Istället för att använda PV = nRT kan endast P till vänster användas. För det är båda sidorna dividerade med V: PV/V = nRT/V. De två V: n på höger sida avbryter varandra och lämnar P = nRT/V.
Vi kan använda den för att ersätta varje P till höger som representerar en viss gas i partialtrycksformeln: P_total = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

Del 2 av 3: Beräkning av partiellt tryck, sedan totalt tryck

Steg 1. Bestäm den partiella tryckekvationen för varje gas du beräknar

För denna beräkning antas att en 2 liters kolv rymmer 3 gaser: kväve (N₂), syre (O₂) och koldioxid (CO₂). Varje gas har en massa på 10 g och en temperatur på 37 grader Celsius. Vi kommer att beräkna det partiella trycket för varje gas och det totala trycket för gasblandningen i den kemiska kolven.

Deltrycksformeln är P_total = P_kväve + P_syre + P_koldioxid.
Eftersom vi letar efter trycket för varje gas med en känd volym och temperatur, kan antalet mol för varje gas beräknas baserat på dess massa. Formeln kan ändras till: P_total = (nRT/V) _kväve + (nRT/V) _syre + (nRT/V) _koldioxid

Steg 2. Omvandla temperaturen till grader Kelvin

Temperaturen i Celsius är 37 grader, så lägg till 273 till 37 för att få 310 grader K.

Steg 3. Hitta antalet mol för varje gas som finns i provet

Antalet mol av en gas är gasens massa dividerat med dess molmassa, vilket är summan av atommassorna för varje atom i blandningen.

För kvävgas (N₂), har varje atom en atommassa av 14. Eftersom kväve är diatomiskt (en två-atom-molekyl) måste värdet 14 multipliceras med 2 för att erhålla en molmassa på 28 för kvävet i detta prov. Därefter delas massan i gram, 10 g, med 28, för att få antalet mol, så resultatet blir cirka 0,4 mol kväve.
För nästa gas, syre (O₂), har varje atom en atommassa på 16. Syre är också diatomiskt, så 16 gånger 2 ger molmassan syre i provet 32. 10 gram dividerat med 32 ger ungefär 0,3 mol syre.
Därefter är koldioxid (CO₂), som har 3 atomer, nämligen en kolatom med en atommassa på 12 och två syreatomer med en atommassa på 16. Dessa tre atommassor tillsätts för att få molmassan: 12 + 16 + 16 = 44. Nästa 10 gram delas med 44 så resultatet är cirka 0,2 mol koldioxid.

Steg 4. Ange molvärden, volym och temperatur

Siffrorna matades in i formeln: P_total = (0, 4 * R * 310/2) _kväve + (0, 3 * R * 310/2) _syre + (0, 2 * R * 310/2) _koldioxid.

För enkelhetens skull är enheterna inte skrivna. Dessa enheter raderas i de matematiska beräkningarna och lämnar endast tryckenheterna

Steg 5. Ange värdet för konstanten R

Det totala och partiella trycket kommer att uttryckas i atmosfäriska enheter, så det använda R -värdet är 0,0821 L atm/K mol. Detta värde matas sedan in i ekvationen så att formeln är P_total =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _kväve + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _syre + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _koldioxid.

Steg 6. Beräkna partialtrycket för varje gas

Nu när alla nödvändiga värden är tillgängliga är det dags att räkna.

För partiellt tryck av kväve multipliceras 0,4 mol med en konstant på 0,0821 och en temperatur på 310 grader K, sedan dividerat med 2 liter: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, ungefärligt.
För syrepartialtrycket multipliceras 0,3 mol med en konstant på 0,0821 och en temperatur på 310 grader K, sedan dividerat med 2 liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, ungefärligt.
För partialtrycket av koldioxid multipliceras 0,2 mol med en konstant på 0,0821 och en temperatur på 310 grader K, sedan dividerat med 2 liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, ungefär.
De tre partiella trycken läggs sedan ihop för att få det totala trycket: P_total = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 eller 11.45 atm, mer eller mindre.

Del 3 av 3: Beräkning av totalt tryck, sedan delvis

Steg 1. Bestäm partialtrycksformeln som tidigare

Antag igen att en 2 liters kolv innehåller 3 olika gaser: kväve (N₂), syre (O₂) och koldioxid (CO₂). Massan av varje gas är 10 gram och temperaturen för varje gas är 37 grader C.

Temperaturen i Kelvin är fortfarande densamma 310 grader och antalet mol är cirka 0,4 mol kväve, 0,3 mol syre och 0,2 mol koldioxid.
Den tryckenhet som används är också atmosfären, så värdet på konstanten R är 0,0821 L atm/K mol.
Så ekvationen för partiellt tryck är fortfarande densamma vid denna punkt: P_total =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _kväve + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _syre + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _koldioxid.

Steg 2. Lägg till antalet mol för varje gas i provet för att få det totala antalet mol av gasblandningen

Eftersom volymen och temperaturen är desamma för varje gasprov och varje molvärde också multipliceras med samma konstant kan vi använda matematikens fördelningsegenskap för att skriva om ekvationen enligt följande:_total = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Gör summorna: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gasblandning. Ekvationen blir enklare, nämligen P_total = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Steg 3. Beräkna gasblandningens totala tryck

Gör multiplikationen: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, mer eller mindre.

Steg 4. Beräkna andelen av varje gas som utgör blandningen

För att beräkna andelen av varje gas i blandningen, dividera antalet mol för varje gas med det totala antalet mol.

Det finns 0,4 mol kväve, så 0,4/0,9 = 0,44 (44 procent) prov, mer eller mindre.
Det finns 0,3 mol kväve, så 0,3/0,9 = 0,33 (33 procent) av provet, mer eller mindre.
Det finns 0,2 mol koldioxid, så 0,2/0,9 = 0,22 (22 procent) av provet, mer eller mindre.
Även om den beräknade procentuella beräkningen ovan ger 0,99, upprepas det faktiska decimalvärdet. Det betyder att efter decimalpunkten är siffran 9 som upprepar sig. Per definition är detta värde lika med 1 eller 100 procent.