Sadržaj

• Koraci
• Savjeti
• Upozorenja
• Potrebni materijali

U kemiji, "parcijalni tlak" odnosi se na tlak koji svaki plin u mješavini plina vrši na svoju okolinu, poput boce s uzorkom, spremnika ronilačkog zraka ili granica atmosfere. Možete izračunati tlak svakog plina u smjesi ako znate koliko ga ima, koliki volumen zauzima i temperaturu. Zatim možete dodati ove parcijalne pritiske da biste pronašli ukupni tlak smjese plina ili možete prvo pronaći ukupni tlak, a zatim pronaći parcijalne tlakove.

Koraci

Dio 1 od 3: Razumijevanje svojstava plinova

1. 

   Tretirajte svaki plin kao "idealan" plin. U kemiji je idealan plin koji komunicira s drugim plinovima, a da ga molekule ne privlače. Pojedine molekule mogu se međusobno udarati i odbijati poput biljarskih kuglica, a da se na bilo koji način ne deformiraju.
   • Idealni tlakovi plina povećavaju se komprimiranjem u manje prostore, a smanjuju se širenjem na veća područja. Ta se veza naziva Boyleov zakon, prema Robertu Boyleu. Matematički se opisuje kao k = P x V ili, jednostavnije, k = PV, gdje k ​​predstavlja konstantni odnos, P predstavlja tlak, a V predstavlja volumen.
   • Pritisci se mogu odrediti pomoću jedne od nekoliko mogućih jedinica. Jedan je Pascal (Pa), definiran kao Newtonova sila primijenjena na kvadratni metar. Druga je atmosfera (atm), definirana kao pritisak Zemljine atmosfere na razini mora. Tlak od 1 atm jednak je 101.325 Pa.
   • Idealne temperature plina rastu kako se količine povećavaju i smanjuju. Taj se odnos naziva Jacquesov Charlesov zakon i matematički se opisuje kao k = V / t, gdje k ​​predstavlja odnos između konstantnog volumena i temperature, V opet predstavlja volumen, a T predstavlja temperaturu.
   • Temperature plina u ovoj jednadžbi daju se u stupnjevima Kelvina, a pronalaze se dodavanjem 273 broju Celzijevih stupnjeva temperature plina.
   • Te se dvije veze mogu kombinirati u jednu jednadžbu: k = PV / T, koja se također može zapisati kao PV = kT.

2. 

   
   
   Odredite u kojim se količinama mjere plinovi. Plinovi imaju masu i zapreminu. Količina se obično mjeri u litrama (l), ali postoje dvije vrste mase.
   • Uobičajena masa mjeri se u gramima ili, ako postoji dovoljno velika masa, kilogramima.
   • Zbog lakoće plinova, oni se mjere i u drugom obliku mase koji se naziva molekularna masa ili molarna masa. Molarna masa definirana je kao zbroj atomskih težina svakog atoma spoja od kojeg je stvoren plin, sa svakim atomom u usporedbi s vrijednošću 12 za ugljik.
   • Budući da su atomi i molekule premali za rad, količine plinova definirane su u molovima. Broj molova prisutnih u danom plinu može se odrediti dijeljenjem mase s molarnom masom i može se prikazati slovom n.
   • Proizvoljnu konstantu k u jednadžbi plina možemo zamijeniti umnoškom n, broja molova (mol) i novom konstantom R. Jednadžbu sada možemo zapisati nR = PV / T ili PV = nRT.
   • Vrijednost R ovisi o jedinicama koje se koriste za mjerenje tlakova, volumena i temperatura plinova.Da bi se identificirao volumen u litrama, temperatura u Kelvinima i tlak u atmosferama, njegova vrijednost je 0,0821 L.atm / K.mol. To se također može zapisati L 0,0821 atm K mol kako bi se izbjeglo razdvajanje šipke u mjernim jedinicama.

3. 

   
   
   Razumjeti Daltonov zakon parcijalnih pritisaka. Razvio ga je kemičar i fizičar John Dalton, koji je prvi unaprijedio koncept kemijskih elemenata koji se sastoje od atoma, Daltonov zakon navodi da je ukupni tlak plinske smjese zbroj tlakova svakog od plinova u smjesi.
   • Daltonov zakon možemo zapisati kao jednadžbu kao P _ukupno = P₁ + P₂ + P₃... s onoliko dodataka nakon znaka jednakosti koliko ima plinova u smjesi.
   • Jednadžba Daltonova zakona može se proširiti pri radu s plinovima čiji su pojedinačni parcijalni tlakovi nepoznati, ali od kojih znamo njihove zapremine i temperature. Parcijalni tlak plina je isti tlak ako je ista količina plina bila jedini plin u spremniku.
   • Za svaki od parcijalnih tlakova možemo prepisati jednadžbu idealnog plina tako da u, umjesto formule PV = nRT, možemo imati samo P na lijevoj strani predznaka jednakosti. Da bismo to učinili, obje strane dijelimo s V: PV / V = ​​nRT / V. Dva Vsa na lijevoj strani međusobno se poništavaju, ostavljajući P = nRT / V.
   • Tada možemo zamijeniti svaki P pretplaćen na desnoj strani jednadžbe parcijalnog tlaka: P_ukupno = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Dio 2 od 3: Izračunavanje parcijalnih, a zatim ukupnih tlakova

1. 

   
   
   
   
   Definirajte jednadžbu parcijalnog tlaka za plinove s kojima radite. Za potrebe ovog izračuna pretpostavit ćemo balon od 2 litre koji sadrži tri plina: dušik (N₂), kisik (O₂) i ugljični dioksid (CO₂). U plici ima 10 g, a temperatura svakog od njih u tikvici je 37 ° C. Moramo pronaći parcijalni tlak svakog plina i ukupni tlak koji smjesa vrši na posudu.
   • Naša jednadžba parcijalnog tlaka postaje P _ukupno = P _dušik + P _kisik + P _{ugljični dioksid} .
   • Budući da pokušavamo pronaći tlak koji vrši svaki plin, znamo volumen i temperaturu i možemo pronaći koliko molova svakog plina ima na temelju mase, ovu jednadžbu možemo prepisati kao: P_ukupno = (nRT / V) _dušik + (nRT / V) _kisik + (nRT / V) _{ugljični dioksid}

2. 

   
   
   Pretvorite temperaturu u Kelvine. Temperatura je 37 ° C, pa dodajte 273 do 37 da se dobije 310 K.

3. 

   Pronađite broj molova za svaki od plinova u uzorku. Broj molova plina masa je plina koja se dijeli s molarnom masom, za koju smo rekli da je zbroj atomskih težina svakog atoma u spoju.
   • Za prvi plin dušik (N₂), svaki atom ima atomsku težinu 14. Budući da je dušik dvoatoman (molekularni oblik dva atoma), moramo pomnožiti 14 s 2 da bismo ustanovili da dušik u našem uzorku ima molarnu masu 28. Zatim podijelite masu u gramima, 10 g, sa 28, da se dobije broj molova, što ćemo približno približiti 0,4 mola dušika.
   • Za drugi plin kisik (O₂), svaki atom ima atomsku težinu 16. Kisik je također dvoatoman, pa pomnožite 16 sa 2 da utvrdimo da kisik u našem uzorku ima molarnu masu 32. Podjelom 10 g sa 32 dobijemo približno 0,3 mola kisika u našem uzorak.
   • Treći plin, ugljični dioksid (CO₂), ima 3 atoma: jedan ugljik, s atomskom težinom 12; i dva kisika, svaki s atomskom težinom 16. Zbrajamo tri utega: 12 + 16 + 16 = 44 za molarnu masu. Dijeljenjem 10 g sa 44 dobivamo približno 0,2 mol ugljičnog dioksida.

4. 

   
   
   Vrijednosti zamijenite molovima, volumenom i temperaturom. Naša jednadžba sada izgleda ovako: P_ukupno = (0,4 * R * 310/2) _dušik + (0,3 * R * 310/2) _kisik + (0,2 * R * 310/2) _{ugljični dioksid}.
   • Radi jednostavnosti izostavili smo mjerne jedinice koje prate vrijednosti. Te će se jedinice otkazati nakon što izračunamo, ostajući samo mjerna jedinica koju koristimo za izvještavanje o pritiscima.

5. 

   Zamijenite vrijednost konstante R. Naći ćemo djelomični i ukupni tlak u atmosferama, pa ćemo upotrijebiti vrijednost R od 0,0821 atm L / K.mol. Zamjenom vrijednosti u jednadžbi dobivamo P_ukupno =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _dušik + (0,3 *0,0821 * 310/2) _kisik + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{ugljični dioksid} .

6. 

   Izračunajte parcijalni tlak za svaki plin. Sad kad imamo vrijednosti, vrijeme je za izračun.
   • Za parcijalni tlak dušika pomnožimo 0,4 mola s našom konstantom 0,0821 i našom temperaturom od 310 K, a zatim podijelimo s 2 litre: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, približno.
   • Za djelomični tlak kisika pomnožimo 0,3 mol s našom konstantom 0,0821 i našom temperaturom od 310 K, a zatim podijelimo s 2 litre: približno 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm.
   • Za parcijalni tlak ugljičnog dioksida pomnožimo 0,2 mol s našom konstantom 0,0821 i temperaturom od 310 K, a zatim podijelimo s 2 litre: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, približno.
   • Sada dodajemo ove pritiske da bismo pronašli ukupni tlak: P_ukupno = 5,09 + 3,82 + 2,54, ili približno 11,45 atm.

Dio 3 od 3: Izračunavanje ukupnog tlaka, a zatim parcijalnih tlakova

1. 

   Definirajte jednadžbu parcijalnog tlaka kao i prije. Opet pretpostavljamo da tikvica od 2 litre sadrži 3 plina: dušik (N₂), kisik (O₂) i ugljični dioksid (CO₂). U plici je 10 g, a temperatura svakog plina u tikvici je 37 Celzijevih stupnjeva.
   • Temperatura u Kelvinu i dalje će biti 310, a, kao i prije, imamo oko 0,4 mola dušika, 0,3 mola kisika i 0,2 mola ugljičnog dioksida.
   • Isto tako, i dalje ćemo nalaziti tlakove u atmosferama, pa ćemo za konstantu R. koristiti vrijednost 0,0821 atm L / K.mol.
   • Dakle, naša jednadžba parcijalnog tlaka u ovom trenutku još uvijek izgleda isto: P_ukupno =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _dušik + (0,3 *0,0821 * 310/2) _kisik + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{ugljični dioksid}.

2. 

   Dodajte broj molova svakog od plinova u uzorku kako biste pronašli ukupan broj molova mješavine plina. Budući da su volumen i temperatura jednaki za svaki uzorak u plinu, a da ne spominjemo da se svaka molarna vrijednost pomnoži s istom konstantom, možemo koristiti distribucijsko svojstvo matematike da prepišemo jednadžbu kao P_ukupno = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Dodavanjem 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol plinske smjese. To dodatno pojednostavljuje jednadžbu za P _ukupno = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Izračunajte ukupni tlak smjese plina. Množenje 0,9 * 0,0821 * 310/2 = približno 11,45 mol.

4. 

   Pronađite udio svakog plina u ukupnoj smjesi. Da biste to učinili, podijelite broj molova za svaki plin u ukupnom broju molova.
   • Dušika ima 0,4 mola, pa je približno 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) uzorka.
   • Dušika ima 0,3 mola, pa je približno 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) uzorka.
   • Ugljičnog dioksida ima 0,2 mola, tako da približno 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) uzorka.
   • Iako se približni postotci gore iznose samo 0,99, stvarni decimali se ponavljaju, pa je stvarni zbroj niz ponavljanja devetki nakon decimalnih. Po definiciji, to je isto kao 1 ili 100%.

5. 

   Pomnožite proporcionalnu vrijednost svakog plina s ukupnim tlakom da biste pronašli parcijalni tlak.
   • Pomnožavajući približno 0,44 * 11,45 = 5,04 atm.
   • Množenjem približno 0,33 * 11,45 = 3,78 atm.
   • Množenjem približno 0,22 * 11,45 = 2,52 atm.

Savjeti

• Primijetit ćete malu razliku u vrijednostima tako što ćete prvo pronaći parcijalni tlak, zatim ukupni tlak i prvo pronaći ukupni tlak, a zatim parcijalni tlak. Imajte na umu da su zadane vrijednosti predstavljene kao približne vrijednosti zbog zaokruživanja na jednu ili dvije decimale kako bi se vrijednosti lakše razumjele. Ako izračunate pomoću kalkulatora, bez zaokruživanja, primijetit ćete manju, ako postoji, nesklad između dviju metoda.

Upozorenja

• Znanje o djelomičnom tlaku plina roniocima može postati pitanje života i smrti. Prenizak parcijalni tlak kisika može dovesti do gubitka svijesti i smrti, dok vrlo visoki parcijalni tlak vodika ili kisika također može biti toksičan.

Potrebni materijali

• Kalkulator;
• Referentna knjiga atomskih težina / molarnih masa.