Sisu

• Sammud
• Näpunäited
• Hoiatused
• Vajalikud materjalid

Keemias tähendab "osaline rõhk" rõhku, mida iga gaasisegus olev gaas avaldab oma ümbruse vastu, näiteks proovipudel, sukelduva õhu paak või atmosfääri piirid. Saate arvutada iga segus oleva gaasi rõhu, kui teate, kui palju seda on, millist mahtu see hõivab ja selle temperatuuri. Seejärel saate lisada need osalised rõhud, et leida gaasisegu kogurõhk, või leiate kõigepealt kogurõhu ja seejärel osarõhud.

Sammud

1. osa 3: Gaaside omaduste mõistmine

1. 

   Käsitlege iga gaasi "ideaalse" gaasina. Keemiliselt on ideaalne gaas see, mis interakteerub teiste gaasidega, ilma et selle molekulid teda köidaks. Üksikud molekulid võivad üksteist lüüa ja põrkuda nagu piljardikuulid, ilma et nad mingil moel deformeeruksid.
   • Ideaalne gaasirõhk suureneb, kui see surutakse kokku väiksematesse ruumidesse, ja väheneb, laienedes suurematele aladele. Seda suhet nimetatakse Robert Boyle'i järgi Boyle'i seaduseks. Matemaatiliselt kirjeldatakse seda kui k = P x V või lihtsamalt öeldes k = PV, kus k tähistab konstantset suhet, P tähistab rõhku ja V tähistab mahtu.
   • Rõhku saab määrata ühe võimaliku ühiku abil. Üks neist on Pascal (Pa), mis on määratletud kui ruutmeetri peal rakendatav Newtoni jõud. Teine on atmosfäär (atm), mis on määratletud kui Maa atmosfääri rõhk merepinnal. 1 atm rõhk on 101 325 Pa.
   • Ideaalsed gaasitemperatuurid suurenevad, kui mahud suurenevad ja vähenevad. Seda suhet nimetatakse Jacques Charlesi järgi Charlesi seaduseks ja seda kirjeldatakse matemaatiliselt kui k = V / t, kus k tähistab suhet püsiva mahu ja temperatuuri vahel, V tähistab taas mahtu ja T tähistab temperatuuri.
   • Selle võrrandi gaasitemperatuurid on antud Kelvini kraadides, mis leitakse gaasitemperatuuri Celsiuse kraadide arvule liites 273.
   • Need kaks seost saab ühendada üheks võrrandiks: k = PV / T, mille võib kirjutada ka kui PV = kT.

2. 

   
   
   Määratlege, millistes kogustes gaase mõõdetakse. Gaasidel on mass ja maht. Mahtu mõõdetakse tavaliselt liitrites (l), kuid massi on kahte tüüpi.
   • Tavamass mõõdetakse grammides või, kui mass on piisavalt suur, kilogrammides.
   • Gaaside kerguse tõttu mõõdetakse neid ka muus massivormis, mida nimetatakse molekulmassiks või molaarmassiks. Molaarmass on määratletud kui ühendi, millest gaas on valmistatud, iga aatomi aatommasside summa, kusjuures iga aatomi väärtus on süsiniku väärtus 12.
   • Kuna aatomid ja molekulid on töötamiseks liiga väikesed, on gaaside kogused moolides määratletud. Antud gaasis sisalduvate moolide arvu saab määrata massi jagamisel molaarmassiga ja seda saab tähendada tähega n.
   • Gaasivõrrandi suvalise konstandi k võime asendada korrutise n, moolide arvu (mol) ja uue konstandi R. korrutisega. Nüüd saab võrrandi kirjutada nR = PV / T või PV = nRT.
   • R-väärtus sõltub ühikutest, mida kasutatakse gaaside rõhu, mahu ja temperatuuri mõõtmiseks. Mahu liitrites, temperatuuri kelvinites ja rõhu atmosfääris tuvastamiseks on selle väärtus 0,0821 L.atm / K.mol. Selle võib kirjutada ka L 0,0821 atm K mol, et vältida mõõtühikutes jagatud riba.

3. 

   
   
   Mõistke Daltoni seadust osalise rõhu kohta. Selle on välja töötanud keemik ja füüsik John Dalton, kes edendas kõigepealt aatomitest koosnevate keemiliste elementide kontseptsiooni, ja Daltoni seadus ütleb, et gaasisegu kogurõhk on segus sisalduvate iga gaasi rõhkude summa.
   • Daltoni seaduse võib võrrandina kirjutada kui P _kokku = P₁ + P₂ + P₃... võrdusmärgi järel on nii palju lisandeid, kui segus on gaase.
   • Daltoni seaduse võrrandit saab laiendada, kui töötate gaasidega, mille individuaalsed osarõhud pole teada, kuid mille mahud ja temperatuurid on meile teada. Gaasi osaline rõhk on sama rõhk, kui mahutis oli ainus gaas sama kogus gaasi.
   • Iga osalise rõhu korral võime ideaalse gaasivõrrandi ümber kirjutada nii, et valemi PV = nRT asemel võib võrdusmärgi vasakul küljel olla ainult P. Selleks jagame mõlemad pooled V-ga: PV / V = ​​nRT / V. Vasakul küljel asuvad kaks V tühistavad üksteise, jättes P = nRT / V.
   • Seejärel saame asendada iga osalise rõhu võrrandi paremal küljel tellitud P: P_kokku = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Osa 2/3: Osarõhkude ja seejärel kogu rõhkude arvutamine

1. 

   
   
   
   
   Määratlege töötavate gaaside osalise rõhu võrrand. Selle arvutamise eelduseks on 2-liitrine õhupall, milles on kolm gaasi: lämmastik (N₂), hapnik (O₂) ja süsinikdioksiid (CO₂). Kõiki gaase on 10 g ja nende temperatuur kolvis on 37 ° C. Peame leidma iga gaasi osalise rõhu ja kogurõhu, mida segu anumale avaldab.
   • Meie osalise rõhu võrrandist saab P _kokku = P _lämmastik + P _hapnik + P _{süsinikdioksiid} .
   • Kuna proovime leida rõhku, mida iga gaas avaldab, teame mahu ja temperatuuri ning võime leida, kui palju mooli iga gaasi massi põhjal leidub, võime selle võrrandi ümber kirjutada järgmiselt: P_kokku = (nRT / V) _lämmastik + (nRT / V) _hapnik + (nRT / V) _{süsinikdioksiid}

2. 

   
   
   Teisendage temperatuur Kelviniks. Temperatuur on 37º Celsiuse järgi, seega lisage 310 K saamiseks 273–37.

3. 

   Leidke iga proovis sisalduva gaasi moolide arv. Gaasi moolide arv on gaasi mass, mis jagatakse selle molaarmassiga, mis meie sõnul on ühendi iga aatomi aatommasside summa.
   • Esimese gaasi korral lämmastik (N₂), on iga aatomi aatommass 14. Kuna lämmastik on diatoomiline (kahe aatomi molekulaarne vorm), peame korrutama 14 kahega, et leida, et meie proovis sisalduva lämmastiku molaarmass on 28. Seejärel jagage mass grammides, 10 g, 28 võrra, et saada moolide arv, mis on ligikaudu 0,4 mol lämmastikku.
   • Teise gaasi korral hapnik (O₂), iga aatomi aatommass on 16. Hapnik on ka diatoomiline, nii et korrutage 16 kahega, et leida, et meie proovis sisalduva hapniku molaarmass on 32. 10 g jagamine 32-ga annab meile umbes 0,3 mol hapnikku proov.
   • Kolmas gaas, süsinikdioksiid (CO₂), sellel on 3 aatomit: üks süsinik, aatommassiga 12; ja kaks hapnikku, mille aatomkaal on 16. Lisame kolm massi: molaarmassiks 12 + 16 + 16 = 44. 10 g jagamine 44-ga annab umbes 0,2 mol süsinikdioksiidi.

4. 

   
   
   Asendage väärtused moolide, mahu ja temperatuuriga. Meie võrrand näeb nüüd välja selline: P_kokku = (0,4 * R 310/2) _lämmastik + (0,3 * R * 310/2) _hapnik + (0,2 * R * 310/2) _{süsinikdioksiid}.
   • Lihtsuse huvides oleme väärtustega kaasas olevad mõõtühikud välja jätnud. Need üksused tühistatakse pärast seda, kui oleme matemaatikat teinud, jättes ainult mõõtühiku, mida kasutame survest teatamiseks.

5. 

   Asendage konstandi R väärtus. Leiame osalise ja kogu rõhu atmosfääris, seega kasutame R-väärtust 0,0821 atm L / K.mol. Väärtuse asendamine võrrandis annab meile nüüd P_kokku =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _lämmastik + (0,3 *0,0821 * 310/2) _hapnik + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{süsinikdioksiid} .

6. 

   Arvutage iga gaasi osarõhud. Nüüd, kui meil on väärtused paigas, on aeg teha matemaatika.
   • Lämmastiku osalise rõhu korral korrutame 0,4 mol oma 0,0821 konstandi ja 310 K temperatuuriga ning jagame seejärel 2 liitriga: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, umbes.
   • Osalise hapnikurõhu korral korrutame 0,3 mol oma 0,0821 konstandi ja 310 K temperatuuriga ning jagame seejärel 2 liitriga: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, ligikaudu.
   • Süsinikdioksiidi osalise rõhu jaoks korrutame 0,2 mol oma 0,0821 konstandi ja 310 K temperatuuriga ning jagame seejärel 2 liitriga: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, ligikaudu.
   • Kogurõhu leidmiseks lisame nüüd need rõhud: P_kokku = 5,09 + 3,82 + 2,54 ehk umbes 11,45 atm.

3. osa 3: kogurõhu ja seejärel osaliste rõhkude arvutamine

1. 

   Määratlege osalise rõhu võrrand nagu varem. Jällegi eeldame, et 2-liitrine kolb sisaldab 3 gaasi: lämmastikku (N₂), hapnik (O₂) ja süsinikdioksiid (CO₂). Mõlemat gaasi on 10 g ja iga kolbi gaasi temperatuur on 37 kraadi Celsiuse järgi.
   • Kelvini temperatuur on endiselt 310 ja nagu varemgi, on meil umbes 0,4 mol lämmastikku, 0,3 mol hapnikku ja 0,2 mol süsinikdioksiidi.
   • Samamoodi leiame atmosfäärist endiselt rõhu, seega kasutame konstandi R jaoks väärtust 0,0821 atm L / K.mol.
   • Niisiis, meie osalise rõhu võrrand näib selles punktis endiselt sama: P_kokku =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _lämmastik + (0,3 *0,0821 * 310/2) _hapnik + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{süsinikdioksiid}.

2. 

   Lisage proovis sisalduvate iga gaasi moolide arv, et leida gaasisegu moolide koguarv. Kuna gaasi iga proovi maht ja temperatuur on ühesugused, rääkimata sellest, et iga molaarne väärtus korrutatakse sama konstandiga, võime võrrandi ümberkirjutamiseks P-ks kasutada matemaatika jaotuslikku omadust_kokku = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Lisades 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gaasisegu. See lihtsustab P-i võrrandit veelgi _kokku = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Arvutage gaasisegu kogurõhk. Ligikaudu 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol korrutamine.

4. 

   Leidke iga gaasi osakaal kogu segus. Selleks jagage iga gaasi moolide arv moolide koguarvuga.
   • Lämmastikku on 0,4 mol, seega umbes 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) proovist.
   • Lämmastikku on 0,3 mol, seega on proovis ligikaudu 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%).
   • Süsinikdioksiidi on 0,2 mol, nii et proovis on ligikaudu 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%).
   • Kuigi ülaltoodud ligikaudsed protsendid moodustavad vaid 0,99, korduvad tegelikud kümnendkohad, seega tegelik summa on üheksakordne rea pärast kümnendkohti. Definitsiooni järgi on see sama mis 1 või 100%.

5. 

   Osarõhu leidmiseks korrutage iga gaasi proportsionaalne väärtus kogurõhuga.
   • Korrutades ligikaudu 0,44 * 11,45 = 5,04 atm.
   • Korrutades ligikaudu 0,33 * 11,45 = 3,78 atm.
   • Korrutades ligikaudu 0,22 * 11,45 = 2,52 atm.

Näpunäited

• Väikest erinevust väärtustes märkate, leides kõigepealt osalised rõhud, seejärel kogurõhu ning leides kõigepealt kogu rõhu ja seejärel osalised rõhud. Pidage meeles, et antud väärtused esitati ligikaudsete väärtustena ümardamise tõttu ühe või kahe kümnendkohani, et väärtusi oleks hõlpsam mõista. Kui teete arvutused kalkulaatoriga, ilma ümardamiseta, märkate nende meetodite vahel väikest erinevust, kui see on olemas.

Hoiatused

• Osalise gaasirõhu tundmine võib sukeldujate jaoks olla elu ja surma küsimus. Liiga madal hapniku osaline rõhk võib põhjustada teadvuse kaotuse ja surma, samas kui vesiniku või hapniku väga kõrge osaline rõhk võib olla ka mürgine.

Vajalikud materjalid

• Kalkulaator;
• Aatomkaalu / molaarmasside teatmik.