Osalise rõhu arvutamine: 14 sammu (piltidega)

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-19 22:12

"Osarõhk" keemias on rõhk, mida iga gaasisegu gaas avaldab oma ümbrusele, näiteks mõõtekolbi, sukeldumisõhu paaki või atmosfääri piiri. Iga gaasi rõhku segus saate arvutada, kui teate gaasi kogust, selle mahtu ja temperatuuri. Gaasisegu kogurõhu arvutamiseks saab osarõhud kokku liita. Teisest küljest saab osarõhu arvutamiseks eelnevalt kokku arvutada kogurõhu.

Samm

Osa 1 /3: Gaaside omaduste mõistmine

Samm 1. Käsitlege iga gaasi kui “ideaalset” gaasi

Keemias on ideaalne gaas gaas, mis interakteerub teiste gaasidega, ilma et see oleks selle molekulide poole meelitatud. Üksikud molekulid võivad deformeerumata põrkuda ja põrgata nagu piljardipallid.

Ideaalse gaasi rõhk suureneb, kui seda surutakse kokku väiksemas ruumis, ja väheneb, kui see paisub suuremas ruumis. Seda suhet nimetatakse Boyle'i seaduseks, mille lõi Robert Boyle. Matemaatiliselt on valem k = P x V või lihtsustatud k = PV, k on konstant, P on rõhk, samas kui V on maht.
Surve jaoks on mitu võimalikku ühikut. Üks neist on Pascal (Pa). See ühik on määratletud kui ühe njuutoni jõud, mida rakendatakse ühe ruutmeetri pinnale. Teine ühik on atmosfäär (atm). Atmosfäär on Maa atmosfääri rõhk merepinnal. Rõhk 1 atm võrdub 101 325 Pa.
Ideaalse gaasi temperatuur tõuseb mahu suurenemisega ja väheneb mahu vähenemisega. Seda suhet nimetatakse teadlase Jacques Charlesi loodud Karli seaduseks. Matemaatiline valem on k = V / T, kus k on ruumala ja temperatuuri konstant, V on ruumala ja T on temperatuur.
Gaasi temperatuur selles võrrandis on antud Kelvini kraadides, mis saadakse, lisades kraadiväärtusele Celsiuse järgi numbri 273.
Ülaltoodud kahte valemit saab kombineerida ühe võrrandiga: k = PV / T, mida saab kirjutada ka kui PV = kT.

Samm 2. Määrake mõõdetava gaasi kogus

Gaasidel on mass ja maht. Mahtu mõõdetakse tavaliselt liitrites (l), kuid on kahte tüüpi massi.

Tavalist massi mõõdetakse grammides, kuid suuremates kogustes on ühik kilogrammides.
Kuna gaasid on väga kerged, kasutatakse ühikuteks molekulmassi või molaarmassi. Moolmass on gaasi moodustava ühendi iga aatomi kogu aatommassi summa, iga aatom võrreldes süsiniku numbriga 12.
Kuna aatomid ja molekulid on loendamiseks liiga väikesed, on gaasi kogus täpsustatud moolides. Antud gaasis olevate moolide arvu saab saada, jagades massi molaarmassiga ja tähistades tähega n.
Konstandi K gaasivõrrandis saab asendada korrutisega n, moolide (moolide) arvuga ja uue konstandiga R. Nüüd on valem nR = PV/T või PV = nRT.
R väärtus sõltub ühikutest, mida kasutatakse gaasi rõhu, mahu ja temperatuuri mõõtmiseks. Mahu liitrites, temperatuuri Kelvinites ja rõhu atmosfäärides on väärtus 0,0821 L atm/K mol. Selle väärtuse saab kirjutada kui 0,0821 L atm K^-1 sünnimärk ^-1 vältida kaldkriipsude kasutamist mõõtühikute jaotuste esitamiseks.

Samm 3. Mõista Daltoni osalise rõhu seadust

Selle seaduse töötas välja keemik ja füüsik John Dalton, kes töötas kõigepealt välja kontseptsiooni, et keemilised elemendid koosnevad aatomitest. Daltoni seadus ütleb, et gaasisegu kogurõhk on segus olevate üksikute gaaside rõhkude summa.

Daltoni seaduse saab kirjutada järgmise valemi P kujul_kokku = P.₁ + P.₂ + P.₃ … Tähisest paremal olev P kogus võrdub segus oleva gaasi kogusega.
Daltoni seaduse valemit saab laiendada, kui tegemist on erinevate gaasidega, mille iga gaasi osarõhk pole teada, kuid mille maht ja temperatuur on teada. Gaasi osarõhk on võrdne rõhuga, mis eeldab, et selles koguses olev gaas on mahutis ainus gaas.
Iga osarõhu jaoks saab kasutada ideaalse gaasi valemit. PV = nRT kasutamise asemel saab kasutada ainult vasakul olevat P -d. Selleks jagatakse mõlemad pooled V -ga: PV/V = nRT/V. Kaks parempoolset V -d tühistavad üksteise, jättes P = nRT/V.
Saame seda kasutada iga parempoolse P asendamiseks, mis osarõhu valemis tähistab konkreetset gaasi: P_kokku = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

Osa 2/3: Osarõhu ja seejärel kogurõhu arvutamine

Samm 1. Määrake iga arvutatava gaasi osalise rõhu võrrand

Selle arvutuse jaoks eeldatakse, et 2 -liitrine kolb sisaldab 3 gaasi: lämmastikku (N₂), hapnik (O₂) ja süsinikdioksiid (CO₂). Iga gaasi mass on 10 g ja temperatuur 37 kraadi Celsiuse järgi. Arvutame iga gaasi osarõhu ja gaasisegu kogurõhu keemilises kolvis.

Osarõhu valem on P_kokku = P._lämmastik + P._hapnikku + P._{süsinikdioksiid}.
Kuna me otsime rõhku igale teadaoleva mahu ja temperatuuriga gaasile, saab iga gaasi moolide arvu arvutada selle massi alusel. Valemit saab muuta järgmiselt: P_kokku = (nRT/V) _lämmastik + (nRT/V) _hapnikku + (nRT/V) _{süsinikdioksiid}

Samm 2. Teisendage temperatuur Kelvini kraadideks

Temperatuur Celsiuse järgi on 37 kraadi, seega lisage 273 kuni 37, et saada 310 K.

Samm 3. Leidke proovis oleva iga gaasi moolide arv

Gaasi moolide arv on gaasi mass jagatud selle molaarmassiga, mis on segus olevate iga aatomi aatommasside summa.

Gaasilise lämmastiku (N₂), iga aatomi aatommass on 14. Kuna lämmastik on kaheaatomiline (kahe aatomiga molekul), tuleb väärtus 14 korrutada 2-ga, et saada selle proovi lämmastiku molaarmass 28. Järgmisena jagatakse mass grammides, 10 g, 28 -ga, et saada moolide arv, seega on tulemuseks umbes 0,4 mooli lämmastikku.
Järgmise gaasi puhul hapnik (O₂), iga aatomi aatommass on 16. Hapnik on ka kaheaatomiline, seega 16 korda 2 annab proovis oleva hapniku molaarmassi 32. 10 grammi jagatud 32 -ga annab ligikaudu 0,3 mooli hapnikku.
Järgmine on süsinikdioksiid (CO₂), millel on 3 aatomit, nimelt üks süsinikuaatom aatommassiga 12 ja kaks hapnikuaatomit aatommassiga 16. Need kolm aatommassi lisatakse molaarmassi saamiseks: 12 + 16 + 16 = 44. Järgmised 10 grammi jagatakse 44 -ga, nii et tulemuseks on umbes 0,2 mooli süsinikdioksiidi.

Samm 4. Sisestage mooli väärtused, maht ja temperatuur

Numbrid sisestati valemisse: P_kokku = (0, 4 * R * 310/2) _lämmastik + (0, 3 * R * 310/2) _hapnikku + (0, 2 * R * 310/2) _{süsinikdioksiid}.

Lihtsuse huvides pole ühikuid kirjutatud. Need ühikud kustutatakse matemaatilistes arvutustes, jättes alles ainult rõhuühikud

Samm 5. Sisestage konstandi R väärtus

Kogu- ja osarõhku väljendatakse atmosfääriühikutes, seega kasutatakse R väärtust 0,0821 L atm/K mol. Seejärel sisestatakse see väärtus võrrandisse nii, et valemiks on P_kokku =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _lämmastik + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _hapnikku + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{süsinikdioksiid}.

Samm 6. Arvutage iga gaasi osarõhud

Nüüd, kui kõik nõutavad väärtused on saadaval, on aeg matemaatikat teha.

Lämmastiku osarõhu korral korrutatakse 0,4 mooli konstantiga 0,0821 ja temperatuuriga 310 kraadi K, seejärel jagatakse see 2 liitriga: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, ligikaudu.
Hapniku osarõhu korral korrutatakse 0,3 mooli konstantsega 0,0821 ja temperatuuriga 310 kraadi K, seejärel jagatakse see 2 liitriga: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, ligikaudu.
Süsinikdioksiidi osarõhu korral korrutatakse 0,2 mooli konstantiga 0,0821 ja temperatuuriga 310 kraadi K, seejärel jagatakse see 2 liitriga: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, ligikaudu.
Seejärel liidetakse kolm osarõhku kokku, et saada kogurõhk: P_kokku = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 või 11,45 atm, enam -vähem.

Osa 3/3: kogurõhu arvutamine, seejärel osaline

Samm 1. Määrake osarõhu valem nagu varem

Eeldame, et 2 -liitrine kolb sisaldab 3 erinevat gaasi: lämmastikku (N₂), hapnik (O₂) ja süsinikdioksiid (CO₂). Iga gaasi mass on 10 grammi ja temperatuur on 37 kraadi.

Temperatuur Kelvinis on endiselt sama 310 kraadi ja moolide arv on ligikaudu 0,4 mooli lämmastikku, 0,3 mooli hapnikku ja 0,2 mooli süsinikdioksiidi.
Kasutatav rõhuühik on ka atmosfäär, seega on konstandi R väärtus 0,0821 L atm/K mol.
Niisiis on osarõhuvõrrand selles punktis endiselt sama: P_kokku =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _lämmastik + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _hapnikku + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{süsinikdioksiid}.

Samm 2. Lisage iga proovis oleva gaasi moolide arv, et saada gaasisegu moolide koguarv

Kuna ruumala ja temperatuur on iga gaasiproovi puhul ühesugused ning iga molaarväärtus korrutatakse samuti sama konstandiga, saame võrrandi ümberkirjutamiseks kasutada matemaatika jaotavat omadust järgmiselt:_kokku = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Tehke summad: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mooli gaasisegu. Võrrand on lihtsam, nimelt P_kokku = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Samm 3. Arvutage gaasisegu kogurõhk

Tehke korrutamine: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mooli, enam -vähem.

Samm 4. Arvutage iga segu moodustava gaasi osakaal

Iga gaasi osakaalu arvutamiseks segus jagage iga gaasi moolide arv moolide koguarvuga.

Lämmastikku on 0,4 mooli, seega 0,4/0,9 = 0,44 (44 protsenti) proovi, enam -vähem.
Lämmastikku on 0,3 mooli, seega 0,3/0,9 = 0,33 (33 protsenti) proovist, enam -vähem.
Süsinikdioksiidi on 0,2 mooli, seega 0,2/0,9 = 0,22 (22 protsenti) proovist, enam -vähem.
Kuigi ülaltoodud hinnanguline protsendiarvutus annab 0,99, kordub tegelik kümnendväärtus. See tähendab, et pärast koma on arv 9, mis kordub. Definitsiooni järgi on see väärtus 1 või 100 protsenti.