Hvordan beregne delvis trykk: 14 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: Jason Gerald | [email protected]. Sist endret: 2024-01-19 22:13

"Delvis trykk" i kjemi er trykket som hver gass i en gassblanding utøver på omgivelsene, for eksempel en målekolbe, dykkluftbeholder eller atmosfærisk grense. Du kan beregne trykket for hver gass i en blanding hvis du kjenner mengden gass, volumet den opptar og temperaturen. Deltrykkene kan legges sammen for å beregne det totale trykket til gassblandingen. På den annen side kan det totale trykket beregnes på forhånd for å beregne partialtrykket.

Steg

Del 1 av 3: Forstå egenskapene til gasser

Trinn 1. Behandle hver gass som en "ideell" gass

I kjemi er en ideell gass en gass som samhandler med andre gasser uten å bli tiltrukket av molekylene. Molekyler som er ensomme kan støte og sprette som biljardballer uten å deformere seg.

Trykket til en ideell gass øker når den komprimeres i et mindre rom og avtar når den ekspanderer i et større rom. Dette forholdet kalles Boyles lov skapt av Robert Boyle. Matematisk er formelen k = P x V, eller forenklet til k = PV, k er en konstant, P er trykk, mens V er volum.
Det er flere mulige enheter for trykk. En av dem er Pascal (Pa). Denne enheten er definert som kraften til en newton påført et overflateareal på en kvadratmeter. En annen enhet er atmosfæren (atm). Atmosfære er trykket fra jordens atmosfære ved havnivå. Et trykk på 1 atm tilsvarer 101 325 Pa.
Temperaturen til en ideell gass stiger med en økning i volum og synker med en reduksjon i volum. Dette forholdet kalles Charles 'Law skapt av forskeren Jacques Charles. Den matematiske formelen er k = V / T, hvor k er volumet og temperaturkonstanten, V er volumet og T er temperaturen.
Temperaturen på gassen i denne ligningen er gitt i grader Kelvin, som oppnås ved å legge tallet 273 til gradverdien i Celsius.
De to formlene ovenfor kan kombineres med en ligning: k = PV / T, som også kan skrives som PV = kT.

Trinn 2. Bestem mengden gass som skal måles

Gasser har masse og volum. Volum måles vanligvis i liter (l), men det er to typer masse.

Konvensjonell masse måles i gram, men i større mengder er enheten kilo.
Fordi gasser er veldig lette, er enhetene som brukes molekylær masse eller molar masse. Molar masse er summen av de totale atommassene til hvert atom i forbindelsen som utgjør gassen, hvert atom sammenlignet med tallet 12 for karbon.
Siden atomer og molekyler er for små til å telle, er mengden gass spesifisert i mol. Antall mol tilstede i en gitt gass kan oppnås ved å dele massen med molmassen og angitt med bokstaven n.
Konstanten K i gassligningen kan erstattes av produktet av n, antall mol (mol) og den nye konstanten R. Nå er formelen nR = PV/T eller PV = nRT.
Verdien av R avhenger av enhetene som brukes til å måle trykk, volum og temperatur på gassen. For volum i liter, temperatur i Kelvin og trykk i atmosfærer er verdien 0,0821 L atm/K mol. Denne verdien kan skrives som 0,0821 L atm K^-1 muldvarp ^-1 for å unngå å bruke skråstreker for å representere inndelinger i måleenheter.

Trinn 3. Forstå Daltons lov om delvis trykk

Denne loven ble utviklet av kjemikeren og fysikeren John Dalton, som først utviklet konseptet om at kjemiske elementer er laget av atomer. Daltons lov sier at det totale trykket til en blanding av gasser er summen av trykket til de enkelte gassene i blandingen.

Daltons lov kan skrives i form av følgende formel P_Total = P₁ + S₂ + S₃ … mengden P til høyre for tegnet tilsvarer mengden gass i blandingen.
Daltons lovformel kan utvides når det gjelder forskjellige gasser der det er ukjent delvis trykk for hver gass, men hvis volum og temperatur er kjent. Deltrykket til en gass er lik trykket som forutsetter at gassen i den mengden er den eneste gassen i beholderen.
For hvert partialtrykk kan den ideelle gassformelen brukes. I stedet for å bruke PV = nRT, kan bare P til venstre brukes. For det er begge sider delt med V: PV/V = nRT/V. De to V -ene på høyre side avbryter hverandre og etterlater P = nRT/V.
Vi kan bruke den til å erstatte hver P til høyre som representerer en bestemt gass i deltrykksformelen: P_Total = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

Del 2 av 3: Beregning av delvis trykk, deretter totalt trykk

Trinn 1. Bestem partialtrykkligningen for hver gass du beregner

For denne beregningen antas det at en 2 liters kolbe inneholder 3 gasser: nitrogen (N₂), oksygen (O₂), og karbondioksid (CO₂). Hver gass har en masse på 10 g og en temperatur på 37 grader Celsius. Vi vil beregne det delvise trykket for hver gass og det totale trykket av gassblandingen i kjemikaliekolben.

Deltrykkformelen er P_Total = P_nitrogen + S_oksygen + S_{karbondioksid}.
Siden vi leter etter trykket for hver gass med et kjent volum og temperatur, kan antall mol for hver gass beregnes ut fra dens masse. Formelen kan endres til: P_Total = (nRT/V) _nitrogen + (nRT/V) _oksygen + (nRT/V) _{karbondioksid}

Trinn 2. Konverter temperaturen til grader Kelvin

Temperaturen i Celsius er 37 grader, så legg til 273 til 37 for å få 310 grader K.

Trinn 3. Finn antall mol av hver gass i prøven

Antall mol av en gass er massen av gassen delt med molmassen, som er summen av atommassene til hvert atom i blandingen.

For nitrogengass (N₂), har hvert atom en atommasse på 14. Siden nitrogen er diatomisk (et to-atom-molekyl), må verdien av 14 multipliseres med 2 for å oppnå en molar masse på 28 for nitrogenet i denne prøven. Deretter deles massen i gram, 10g, med 28, for å få antall mol, så resultatet er omtrent 0,4 mol nitrogen.
For den neste gassen, oksygen (O₂), har hvert atom en atommasse på 16. Oksygen er også diatomisk, så 16 ganger 2 gir den molare oksygenmassen i prøven 32. 10 gram delt på 32 gir omtrent 0,3 mol oksygen.
Det neste er karbondioksid (CO₂), som har 3 atomer, nemlig ett karbonatom med en atommasse på 12 og to oksygenatomer med en atommasse på 16. Disse tre atommassene tilsettes for å få molmassen: 12 + 16 + 16 = 44. De neste 10 gram er delt på 44, så resultatet er omtrent 0,2 mol karbondioksid.

Trinn 4. Angi molverdiene, volumet og temperaturen

Tallene ble lagt inn i formelen: P_Total = (0, 4 * R * 310/2) _nitrogen + (0, 3 * R * 310/2) _oksygen + (0, 2 * R * 310/2) _{karbondioksid}.

For enkelhets skyld er ikke enhetene skrevet. Disse enhetene vil bli slettet i de matematiske beregningene, slik at bare trykkenhetene blir igjen

Trinn 5. Angi verdien av konstanten R

Det totale og delvise trykket vil bli uttrykt i atmosfæriske enheter, så R -verdien som brukes er 0,0821 L atm/K mol. Denne verdien legges deretter inn i ligningen slik at formelen er P_Total =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitrogen + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oksygen + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{karbondioksid}.

Trinn 6. Beregn delvis trykk for hver gass

Nå som alle nødvendige verdier er tilgjengelige, er det på tide å beregne.

For partialtrykket av nitrogen multipliseres 0,4 mol med en konstant på 0,0821 og en temperatur på 310 grader K, deretter delt med 2 liter: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, omtrent.
For partialtrykket av oksygen multipliseres 0,3 mol med en konstant på 0,0821 og en temperatur på 310 grader K, deretter delt med 2 liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, omtrent.
For partialtrykket av karbondioksid multipliseres 0,2 mol med en konstant på 0,0821 og en temperatur på 310 grader K, deretter delt med 2 liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, omtrent.
De tre partielle trykk blir deretter lagt sammen for å få det totale trykket: P_Total = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 eller 11.45 atm, mer eller mindre.

Del 3 av 3: Beregning av totalt trykk, deretter delvis

Trinn 1. Bestem delvis trykkformel som før

Anta igjen at en 2 liters kolbe inneholder 3 forskjellige gasser: nitrogen (N₂), oksygen (O₂), og karbondioksid (CO₂). Massen til hver gass er 10 gram og temperaturen på hver gass er 37 grader C.

Temperaturen i Kelvin er fortsatt den samme 310 grader og antall mol er omtrent 0,4 mol nitrogen, 0,3 mol oksygen og 0,2 mol karbondioksid.
Trykkenheten som brukes er også atmosfæren, så verdien av konstanten R er 0,0821 L atm/K mol.
Så likningen for delvis trykk er fortsatt den samme på dette punktet: P_Total =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitrogen + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oksygen + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{karbondioksid}.

Trinn 2. Tilsett antall mol for hver gass i prøven for å få det totale antallet mol av gassblandingen

Siden volumet og temperaturen er den samme for hver gassprøve, og hver molare verdi også multipliseres med den samme konstanten, kan vi bruke matematikkens fordelingsegenskap til å omskrive ligningen som følger:_Total = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Gjør summer: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gassblanding. Ligningen vil være enklere, nemlig P_Total = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Trinn 3. Beregn det totale trykket til gassblandingen

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

Trinn 4. Beregn andelen av hver gass som utgjør blandingen

For å beregne andelen av hver gass i blandingen, divider antall mol for hver gass med det totale antall mol.

Det er 0,4 mol nitrogen, så 0,4/0,9 = 0,44 (44 prosent) prøve, mer eller mindre.
Det er 0,3 mol nitrogen, så 0,3/0,9 = 0,33 (33 prosent) av prøven, mer eller mindre.
Det er 0,2 mol karbondioksid, så 0,2/0,9 = 0,22 (22 prosent) av prøven, mer eller mindre.
Selv om den estimerte prosentvise beregningen over gir 0,99, gjentar den faktiske desimalverdien seg selv. Dette betyr at etter desimaltegnet er tallet 9 som gjentar seg selv. Per definisjon er denne verdien lik 1 eller 100 prosent.