Vsebina

• Koraki
• Nasvet
• Opozorilo
• Kaj rabiš

V kemiji je "delni tlak" tlak vsakega plina v mešanici plinov, ki deluje na okolico, na primer posodo za vzorčni plin v laboratoriju, posodo za potapljaški plin ali okoliški prostor. vzdušje. Tlak vsakega plina v mešanici lahko izračunate, če poznate njegovo maso, prostornino in temperaturo. Nato dodate parcialne tlake, da dobite skupni tlak plinske mešanice, ali pa najprej poiščete skupni tlak in nato parcialni tlak.

Koraki

Del 1 od 3: Razumevanje lastnosti plina

1. 

   Vsak plin obravnavajte kot "idealen" plin. V kemiji je idealen plin tisti, ki komunicira z drugimi plini, ne da bi jih pritegnile njihove molekule. Molekule plina se lahko trčijo med seboj in se brez deformacij odbijejo kot biljardne kroglice.
   • Tlak idealnega plina narašča, ko se stisne v manjši prostor in zmanjša, ko se razprši v večji prostor. To razmerje je znano kot Boyleov zakon (poimenovan po znanstveniku Robertu Boyleu). Matematična formula kaže, da je to razmerje k = P x V ali bolj preprosto k = PV, kjer je k konstantno razmerje med tlakom in prostornino, P je tlak in V je telo. območje.
   • Težava je lahko pod pritiskom v eni izmed mnogih različnih enot. V katerem je paskal (Pa) opredeljen kot sila newtona, ki deluje na kvadratni meter. Druga enota je atmosfera (atm), ki je opredeljena kot tlak zemeljske atmosfere na nadmorski višini, enaki morski gladini. Tlak 1 atm je 101.325 Pa.
   • Temperatura idealnega plina narašča, ko se prostornina povečuje in zmanjšuje, ko se prostornina zmanjšuje. To razmerje je znano kot Charlesov zakon (poimenovan po znanstveniku Jacquesu Charlesu). Matematična formula za to je k = V / T, kjer je k konstantno razmerje med prostornino in temperaturo, V je prostornina in T je temperatura.
   • Temperatura plina v tej enačbi se izračuna v stopinjah Kelvina in stopinjah Kelvina z dodajanjem stopinj Celzija za 273.
   • Ta dva razmerja lahko združimo v eno enačbo: k = PV / T ali pa jih zapišemo kot PV = kT.

2. 

   
   
   Določa masno enoto, ki se uporablja za merjenje plina. Plin ima tako maso kot prostornino. Količine se običajno merijo v litrih (l), vendar obstajata dve masi plina.
   • Običajne mase se merijo v gramih ali, če je masa dovolj velika, v kilogramih.
   • Ker je večina plinov pogosto tako lahkih, jih izmerimo tudi z drugo obliko mase, imenovano molska masa ali molska masa. Molska masa je opredeljena kot vsota atomske mase vsakega atoma v sestavi plina z maso vsakega atoma v primerjavi z maso ogljika (vrednost 12).
   • Ker so atomi in molekule tako majhni za izračun, je masa plina določena v molih. Število molov v količini plina lahko izračunamo tako, da maso plina delimo z molsko maso in je označeno s črko n.
   • Katero koli konstanto k v enačbi plina lahko nadomestimo z zmnožkom n, številom molov in novo konstanto R. Zdaj imamo enačbo nR = PV / T ali PV = nRT.
   • Vrednost R je odvisna od enote, ki se uporablja za merjenje tlaka, prostornine in temperature plina. Če je prostornina v litrih, temperatura v stopinjah Kelvina in tlak v ozračjih, je to 0,0821 L atm / K mol. Zapišete lahko tudi 0,0821 L atm K mol, da se izognete uporabi poševnice delitve v merskih enotah.

3. 

   
   
   Daltonov zakon parcialnega tlaka. Ta zakon je predlagal kemik in fizik John Dalton, ki je prvič predstavil koncept kemičnega elementa iz atomov. Daltonov zakon določa, da je skupni tlak mešanice plinov skupni tlak vsakega plina v mešanici.
   • Daltonov zakon lahko zapišemo v enačbo po P_skupaj = P₁ + P₂ + P₃ ... s količino tlaka P, ki je enako številu plinov v zmesi.
   • Enačbo Daltonovega zakona je mogoče razviti pri obravnavanju plinov, katerih delni tlak ni znan, vendar sta znana njihov volumen in temperatura. Parcialni tlak plina je tlak, ki ga izvaja enaka količina plina v rezervoarju, ki vsebuje samo njega.
   • Za vsak parcialni tlak lahko enačbo idealnega plina PV = nRT prepišemo v obliko, ki ima P le na levi strani enačbe. Tako moramo obe strani razdeliti z V: PV / V = ​​nRT / V. Dva V-ja na levi strani sta bila izločena, končno ostaja P = nRT / V.
   • Nato to formulo nadomestite z vsako črko P na desni strani enačbe parcialnega tlaka: P_skupaj = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   oglas

2. del od 3: Izračunajte delni tlak, nato skupni tlak

1. 

   
   
   
   
   Določite enačbe parcialnega tlaka za dane probleme. Za ponazoritev tega izračuna predpostavimo, da imamo 2-litrsko steklenico, ki vsebuje 3 pline: dušik (N₂), kisik (O.₂) in ogljikov dioksid (CO₂). Vsak plin ima 10 g, temperatura vsakega plina v jeklenki pa je 37 stopinj Celzija. Ugotoviti moramo parcialni tlak vsakega plina in skupni tlak plinske mešanice, ki deluje na jeklenko.
   • Enačba parcialnega tlaka je zapisana na naslednji način P_skupaj = P_Dušik + P_kisik + P_{ogljikov dioksid}.
   • Ker najdemo tlak vsakega plina, poznamo prostornino, temperaturo in lahko najdemo mole vsakega plina glede na njihovo maso, enačba se prepiše v:_skupaj = (nRT / V) _Dušik + (nRT / V) _kisik + (nRT / V) _{ogljikov dioksid}

2. 

   
   
   Pretvorite temperaturo v stopinje Kelvin. Temperatura plinov je 37 stopinj Celzija, zato dodamo 37 plus 273, da dobimo 310 stopinj K.

3. 

   Poiščite število molov posameznega plina v steklenici. Število molov plina je masa plina, deljena z molsko maso, pri čemer je molska masa skupna masa vsakega atoma, ki tvori snov.
   • Za prvi plin ima dušik molekulsko formulo (N₂), ima vsak atom maso 14. Ker ima molekula dušika dva atoma, moramo 14 pomnožiti z 2, da dobimo molekulsko maso dušika 28, nato maso v gramih razdeliti na 10 g. dajte 28, da dobite število molov, rezultat zaokrožite na približno 0,4 molov dušikovega plina.
   • Za drugi plin ima kisik molekulsko formulo (O₂), vsak atom ima maso 16. Molekula kisika ima tudi dva atoma, 16 moramo pomnožiti z 2, da dobimo maso molekule kisika 32. Če delimo 10 g na 32, dobimo približen rezultat. 0,3 mol kisika v steklenici.
   • Tretji plin je formula ogljikov dioksid (CO₂), obstajajo 3 atomi: en atom ogljika z maso 12, dva atoma kisika z vsakim atomom mase 16. Dodamo maso treh atomov: 12 + 16 + 16 = 44 je masa molekula. Če delimo 10 g na 44, dobimo približno 0,2 mola ogljikovega dioksida.

4. 

   
   
   V enačbo vključite vrednosti za mol, prostornino in temperaturo. Zdaj enačba izgleda takole: P_skupaj = (0,4 * R * 310/2) _Dušik + (0,3 * R * 310/2) _kisik + (0,2 * R * 310/2) _{ogljikov dioksid}.
   • Zaradi poenostavitve izpustimo mersko enoto za vrednosti. Te enote bodo uničene, ko boste rešili enačbo, v tlaku pa bodo ostale le merske enote rezultata.

5. 

   Nadomestite vrednost konstante R. Izdelali bomo rezultate delnega in skupnega tlaka v atmosferah, zato bomo uporabili vrednost R 0,0821 L atm / K mol. Če to vrednost dobimo v enačbi, dobimo P_skupaj =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Dušik + (0,3 *0,0821 * 310/2) _kisik + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{ogljikov dioksid}.

6. 

   Izračunajte parcialni tlak vsakega plina. Zdaj, ko smo priklopili svoje vrednote, je naslednja stvar, da jo rešimo.
   • Za parcialni tlak dušika pomnožite 0,4 mol s konstanto 0,0821 in temperaturo 310 stopinj K, nato delite z 2 litra: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm (približno)
   • Za delni tlak kisika pomnožite 0,3 mol s konstanto 0,0821 in temperaturo 310 stopinj K, nato delite z 2 litra: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm (približno).
   • Za delni tlak ogljikovega dioksida pomnožite 0,2 mol s konstanto 0,0821 in temperaturo 310 stopinj K, nato delite z 2 litra: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm (približno)
   • Zdaj seštejte te pritiske in poiščite skupni tlak: P_skupaj = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 atm (približno)
   oglas

3. del od 3: Izračunajte skupni tlak, nato delni tlak

1. 

   Določite enačbo parcialnega tlaka, kot je navedeno zgoraj. Recimo, da imamo 2-litrsko steklenico, ki vsebuje 3 pline: dušik (N₂), kisik (O.₂) in ogljikov dioksid (CO₂). Vsak plin ima 10 g, temperatura vsakega plina v jeklenki pa 37 stopinj Celzija.
   • Kelvinova temperatura je še vedno 310 stopinj in tako kot zgoraj imamo tudi približno 0,4 mol dušika, 0,3 mol kisika in 0,2 mol ogljikovega dioksida.
   • Podobno bomo izračunali rezultate atmosferskega tlaka, zato bomo uporabili vrednost R 0,0821 L atm / K mol.
   • Na tej točki ostaja enačba parcialnega tlaka: P_skupaj =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Dušik + (0,3 *0,0821 * 310/2) _kisik + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{ogljikov dioksid}.

2. 

   Dodajte število molov vsakega plina v jeklenki, da poiščete skupno molo mešanice plinov. Ker sta prostornina in temperatura plinov v jeklenki enaka in se molekularna masa vsakega plina tudi pomnoži z isto konstanto, lahko uporabimo porazdelitveno lastnost matematike za prepis enačbe. Postopek je P_skupaj = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Dodamo 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 molov mešanice plinov. Enačba se nadalje zmanjša na P_skupaj = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Poiščite skupni tlak mešanice plinov. Vzemite 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol (približno).

4. 

   Poiščite delež vsakega plina, ki sestavlja mešanico. Število molov na plin delite s skupnimi moli mešanice plinov.
   • Imamo 0,4 mola dušika, zato v plinsko zmes vnesemo 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) (približno).
   • Imamo 0,3 mola kisika, zato v plinski zmesi vzamemo 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) (približno).
   • Imamo 0,2 mola ogljikovega dioksida, zato v plinsko zmes vnesemo 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) (približno).
   • Čeprav zgornji približni odstotki znašajo le 0,99, se v resnici decimalke nenehno ponavljajo, vsota pa je zaporedje 9 s po vejici. Po definiciji je to enakovredno 1 ali 100 odstotkom.

5. 

   Pomnožite razmerje mase na plin s skupnim tlakom in poiščite parcialni tlak.
   • Vzemite 0,44 * 11,45 = 5,04 atm (približno).
   • Vzemite 0,33 * 11,45 = 3,78 atm (približno).
   • Vzemite 0,22 * 11,45 = 2,52 atm (približno).
   oglas

Nasvet

• Opazili boste rahlo neskladje med izračunom delnega tlaka in izračunom delnega tlaka najprej in izračunom delnega tlaka. Ne pozabite, da so izračunane vrednosti le približne številke, saj za vejico zaokrožimo na 1 ali 2 številki, da jih poenostavimo.Če s kalkulatorjem izvajamo izračune brez zaokroževanja, bo odstopanje med tema dvema metodama še manjše, niti ne.

Opozorilo

• Za potapljače je poznavanje delnega tlaka plina še posebej pomembno, saj je povezano z njihovim življenjem. Prenizek parcialni tlak kisika lahko povzroči izgubo zavesti ali smrt, previsok delni tlak dušika ali kisika pa zastrupitev.

Kaj rabiš

• Prenosnik
• Referenčna knjiga za atomsko maso / molsko maso