Obsah

• Kroky
• Rada
• Výstraha
• Čo potrebuješ

V chémii je „parciálny tlak“ tlak každého plynu v zmesi plynov pôsobiacich na okolité prostredie, napríklad v tlakovej fľaši so vzorkou v laboratóriu, v plynovej nádrži potápača alebo v okolitom priestore. atmosféra. Tlak každého plynu v zmesi môžete vypočítať, ak poznáte jeho hmotnosť, objem a teplotu. Potom pridáte parciálne tlaky, aby ste získali celkový tlak plynnej zmesi, alebo najskôr zistite celkový tlak a potom nájdite parciálny tlak.

Kroky

Časť 1 z 3: Pochopenie vlastností plynu

1. 

   S každým plynom zaobchádzajte ako s „ideálnym“ plynom. V chémii je ideálnym plynom taký, ktorý interaguje s inými plynmi bez toho, aby ich priťahovali ich molekuly. Molekuly plynu môžu do seba naraziť a odrážať sa ako biliardové gule bez deformácie.
   • Tlak ideálneho plynu rastie, keď je stlačený do menšieho priestoru, a klesá, keď sa rozptyľuje do väčšieho priestoru. Tento vzťah je známy ako Boyleov zákon (pomenovaný podľa vedca Roberta Boylea). Matematický vzorec ukazuje, že tento vzťah je k = P x V, alebo jednoduchšie k = PV, kde k je konštantný vzťah medzi tlakom a objemom, P je tlak a V je telo. oblasti.
   • Problémom môže byť tlak v jednej z mnohých rôznych jednotiek. V tomto pascale (Pa) je definovaná sila Newtona pôsobiaca na meter štvorcový. Ďalšou jednotkou je atmosféra (atm), ktorá je definovaná ako tlak zemskej atmosféry v nadmorskej výške rovnajúcej sa hladine mora. Tlak 1 atm je 101 325 Pa.
   • Teplota ideálneho plynu sa zvyšuje so zvyšujúcim sa objemom a klesá so zmenšujúcim sa objemom. Tento vzťah je známy ako Charlesov zákon (pomenovaný po vedcovi Jacquesovi Charlesovi). Matematický vzorec je k = V / T, kde k je konštantný vzťah medzi objemom a teplotou, V je objem a T je teplota.
   • Teplota plynu v tejto rovnici sa počíta v stupňoch Kelvina a stupňoch Kelvina pridaním stupňov Celzia o 273.
   • Tieto dva vzťahy možno spojiť do jednej rovnice: k = PV / T, alebo ich možno zapísať ako PV = kT.

2. 

   
   
   Definuje hmotnostnú jednotku použitú na meranie plynu. Plyn má hmotnosť aj objem. Objemy sa zvyčajne merajú v litroch (l), ale existujú dve hmotnosti plynu.
   • Bežné hmotnosti sa merajú v gramoch alebo, ak je hmotnosť dostatočne veľká, v kilogramoch.
   • Pretože väčšina plynov je často taká ľahká, merajú sa tiež pomocou inej formy hmotnosti, ktorá sa nazýva molárna hmotnosť alebo molárna hmotnosť. Molárna hmotnosť je definovaná ako súčet atómovej hmotnosti každého atómu v zložení plynu a hmotnosti každého atómu v porovnaní s hmotnosťou uhlíka (hodnota 12).
   • Pretože atómy a molekuly sú na výpočet také malé, hmotnosť plynu je definovaná v moloch. Počet mólov v množstve plynu je možné vypočítať vydelením hmotnosti plynu jeho molárnou hmotnosťou a je označený písmenom n.
   • Akúkoľvek konštantu k môžeme v plynovej rovnici nahradiť súčinom n, počtom mólov a novou konštantou R. Teraz máme rovnicu nR = PV / T alebo PV = nRT.
   • Hodnota R závisí od jednotky použitej na meranie tlaku, objemu a teploty plynu. Ak je objem v litroch, teplota v stupňoch Kelvina a tlak v atmosfére, je to 0,0821 L atm / K mol. Môžete tiež napísať 0,0821 L atm K mol, aby ste nemuseli používať lomku rozdelenia v merných jednotkách.

3. 

   
   
   Daltonov zákon čiastočného tlaku. Tento zákon navrhol chemik a fyzik John Dalton, ktorý po prvýkrát predstavil koncept chemického prvku tvoreného z atómov. Daltonov zákon hovorí, že celkový tlak plynnej zmesi je celkový tlak každého plynu v zmesi.
   • Daltonov zákon možno zapísať do rovnice za P_Celkom = P₁ + Str₂ + Str₃ ... s množstvom tlaku P rovnajúcim sa počtu plynov v zmesi.
   • Rovnicu Daltonovho zákona je možné vyvinúť pri práci s plynmi, ktorých parciálny tlak nie je známy, ale ktorých objem a teplota sú známe. Parciálny tlak plynu je tlak vyvíjaný rovnakým množstvom plynu v nádrži, ktorá obsahuje iba samotný plyn.
   • Pre každý parciálny tlak môžeme prepísať rovnicu ideálneho plynu PV = nRT na formu iba P na ľavej strane znaku rovnosti. Musíme teda obe strany vydeliť V: PV / V = ​​nRT / V. Dve V na ľavej strane sú vylúčené, nakoniec zostáva P = nRT / V.
   • Potom tento vzorec nahraďte každým písmenom P na pravej strane rovnice parciálneho tlaku: P_Celkom = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   reklama

Časť 2 z 3: Vypočítajte parciálny tlak, potom celkový tlak

1. 

   
   
   
   
   Určte rovnice parciálneho tlaku pre dané problémy. Na ilustráciu tohto výpočtu predpokladajme, že máme dvojlitrovú fľašu obsahujúcu 3 plyny: dusík (N₂), kyslík (O.₂) a oxid uhličitý (CO₂). Každý plyn má 10 g a teplota každého plynu vo fľaši je 37 stupňov Celzia. Musíme zistiť parciálny tlak každého plynu a celkový tlak zmesi plynov pôsobiacich na fľašu.
   • Rovnica parciálneho tlaku je napísaná nasledovne P_Celkom = P_Dusík + Str_kyslík + Str_{oxid uhličitý}.
   • Pretože hľadáme tlak každého plynu, poznáme objem, teplotu a na základe ich hmotnosti nájdeme molárne číslo každého plynu, táto rovnica sa prepíše na: P_Celkom = (nRT / V) _Dusík + (nRT / V) _kyslík + (nRT / V) _{oxid uhličitý}

2. 

   
   
   Prepočítajte teplotu na stupne Kelvina. Teplota plynov je 37 stupňov Celzia, takže pridáme 37 plus 273, aby sme dostali 310 stupňov K.

3. 

   Nájdite počet mólov každého plynu vo fľaši. Počet mólov plynu je hmotnosť plynu vydelená jeho molárnou hmotnosťou, kde molárna hmotnosť predstavuje celkovú hmotnosť každého atómu, ktorý tvorí látku.
   • Pre prvý plyn má dusík molekulárny vzorec (N₂), každý atóm má hmotnosť 14. Pretože molekula dusíka má dva atómy, musíme vynásobiť 14 a 2, aby sme dostali molekulovú hmotnosť dusíka 28, a potom vydeliť hmotnosť v gramoch o 10 g. dajte 28, aby ste získali počet mólov, výsledok zaokrúhlite na približne 0,4 móla plynného dusíka.
   • Pre druhý plyn má kyslík molekulárny vzorec (O₂), každý atóm má hmotnosť 16. Molekula kyslíka má tiež dva atómy, musíme vynásobiť číslo 16 číslom 2, aby sme získali hmotnosť molekuly kyslíka 32. Vydelením 10 g číslom 32 získate približný výsledok. 0,3 molu kyslíka vo fľaši.
   • Tretím plynom je oxid uhličitý (CO.)₂), existujú 3 atómy: jeden atóm uhlíka s hmotnosťou 12, dva atómy kyslíka s každým atómom hmotnosti 16. Sčítame hmotnosť troch atómov: 12 + 16 + 16 = 44 je hmotnosť molekula. Delením 10 g na 44 sa získa približne 0,2 mólu oxidu uhličitého.

4. 

   
   
   Pripojte hodnoty pre mol, objem a teplotu do rovnice. Teraz rovnica vyzerá takto: P_Celkom = (0,4 * R * 310/2) _Dusík + (0,3 * R * 310/2) _kyslík + (0,2 * R * 310/2) _{oxid uhličitý}.
   • Pre jednoduchosť pre hodnoty vynecháme mernú jednotku. Po vyriešení rovnice sa tieto jednotky zničia a v tlaku zostane iba jednotka merania výsledku.

5. 

   Nahraďte hodnotu konštanty R. Spracujeme výsledky parciálneho a celkového tlaku v atmosférach, takže použijeme hodnotu R 0,0821 L atm / K mol. Uvedením tejto hodnoty do rovnice sa získa P_Celkom =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Dusík + (0,3 *0,0821 * 310/2) _kyslík + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{oxid uhličitý}.

6. 

   Vypočítajte parciálny tlak každého plynu. Teraz, keď sme zapojili svoje hodnoty, je potrebné vyriešiť túto otázku.
   • Pre parciálny tlak dusíka vynásobte 0,4 mol konštantou 0,0821 a teplotou 310 stupňov K, potom vydelte 2 litrami: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm (približne).
   • Pre parciálny tlak kyslíka vynásobte 0,3 mol konštantou 0,0821 a teplotou 310 stupňov K, potom vydelte 2 litrami: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm (približne).
   • Pre parciálny tlak oxidu uhličitého vynásobte 0,2 mol konštantou 0,0821 a teplotou 310 stupňov K, potom vydelte 2 litrami: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm (približne).
   • Teraz spočítajte tieto tlaky a zistite celkový tlak: P_Celkom = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 atm (približne).
   reklama

Časť 3 z 3: Vypočítajte celkový tlak, potom parciálny tlak

1. 

   Určte rovnicu parciálneho tlaku ako je uvedené vyššie. Znova predpokladajme, že máme dvojlitrovú fľašu, ktorá obsahuje 3 plyny: dusík (N₂), kyslík (O.₂) a oxid uhličitý (CO₂). Každý plyn má 10 g a teplota každého plynu vo valci je 37 stupňov Celzia.
   • Kelvinova teplota je stále 310 stupňov a rovnako ako vyššie, aj tu máme približne 0,4 molu dusíka, 0,3 molu kyslíka a 0,2 molu oxidu uhličitého.
   • Podobne vypočítame výsledky v atmosfére, takže použijeme hodnotu R 0,0821 L atm / K mol.
   • V tomto bode zostáva rovnica parciálneho tlaku: P_Celkom =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Dusík + (0,3 *0,0821 * 310/2) _kyslík + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{oxid uhličitý}.

2. 

   Pridajte počet mólov každého plynu vo valci a zistite celkový počet mólov plynnej zmesi. Pretože objemy a teploty plynov vo valci sú rovnaké a molekulová hmotnosť každého plynu sa tiež násobí rovnakou konštantou, môžeme na prepísanie rovnice použiť distribučnú vlastnosť matematiky. Proces je P_Celkom = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Pridajte 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mólu plynnej zmesi. Rovnica sa ďalej redukuje na P_Celkom = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Nájdite celkový tlak plynnej zmesi. Vezmite 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol (približne).

4. 

   Nájdite podiel každého plynu, ktorý tvorí zmes. Počet mólov na plyn vydelíte celkovým počtom mólov plynnej zmesi.
   • Máme 0,4 mólu dusíka, takže do plynovej zmesi (približne) vezmeme 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%).
   • Máme 0,3 molu kyslíka, takže do plynovej zmesi (približne) vezmeme 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%).
   • Máme 0,2 molu oxidu uhličitého, takže do plynovej zmesi (približne) vezmeme 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%).
   • Aj keď vyššie uvedené približné percentá tvoria iba 0,99, v skutočnosti sa desatinné miesta stále opakujú, pričom súčet predstavuje sériu 9 s po čiarke. Podľa definície to zodpovedá 1 alebo 100 percentám.

5. 

   Vynásobte pomer hmotnosti na plyn celkovým tlakom a nájdite parciálny tlak.
   • Vezmite 0,44 * 11,45 = 5,04 atm (približne).
   • Vezmite 0,33 * 11,45 = 3,78 atm (približne).
   • Vezmite 0,22 * 11,45 = 2,52 atm (približne).
   reklama

Rada

• Medzi výpočtom parciálneho tlaku a výpočtom parciálneho tlaku a výpočtom parciálneho tlaku si všimnete mierny nesúlad. Pamätajte, že vypočítané hodnoty sú iba približné čísla, pretože za účelom ich zjednodušenia zaokrúhľujeme na 1 alebo 2 čísla za čiarkami.Ak na vykonávanie výpočtov bez zaokrúhľovania použijeme kalkulačku, odchýlka medzi týmito dvoma metódami bude ešte menšia, dokonca ani rovná.

Výstraha

• Pre potápačov je znalosť parciálneho tlaku plynu obzvlášť dôležitá, pretože súvisí s jeho životom. Príliš nízky parciálny tlak kyslíka môže spôsobiť stratu vedomia alebo smrť, zatiaľ čo príliš vysoký parciálny tlak dusíka alebo kyslíka môže spôsobiť otravu.

Čo potrebuješ

• Notebook
• Referenčná kniha pre atómovú hmotnosť / molárnu hmotnosť