Kako izračunati delni tlak: 14 korakov (s slikami)

2024 Avtor: Jason Gerald | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-19 22:14

"Parcialni tlak" v kemiji je tlak, ki ga vsak plin v plinski mešanici izvaja na svojo okolico, na primer merilno bučko, rezervoar za potapljaški zrak ali mejo atmosfere. Tlak vsakega plina v mešanici lahko izračunate, če poznate količino plina, njegovo prostornino in temperaturo. Delne tlake lahko seštejemo za izračun skupnega tlaka plinske mešanice. Po drugi strani pa je skupni tlak mogoče vnaprej izračunati za izračun parcialnega tlaka.

Korak

1. del od 3: Razumevanje lastnosti plinov

Korak 1. Vsak plin obravnavajte kot "idealen" plin

V kemiji je idealen plin plin, ki medsebojno deluje z drugimi plini, ne da bi ga pritegnile njegove molekule. Osamljene molekule se lahko trkajo in odbijajo kot biljarske kroglice, ne da bi se pri tem deformirale.

Tlak idealnega plina se poveča, ko se stisne v manjšem prostoru, in se zmanjša, ko se razširi v večjem prostoru. Ta odnos se imenuje Boyleov zakon, ki ga je ustvaril Robert Boyle. Matematično je formula k = P x V ali poenostavljena na k = PV, k je konstanta, P je tlak, medtem ko je V prostornina.
Obstaja več možnih enot za tlak. Eden od njih je Pascal (Pa). Ta enota je opredeljena kot sila enega newtona, ki deluje na površino enega kvadratnega metra. Druga enota je ozračje (atm). Atmosfera je tlak zemeljske atmosfere na morski gladini. Tlak 1 atm je enakovreden 101.325 Pa.
Temperatura idealnega plina narašča s povečanjem prostornine in se zmanjšuje z zmanjšanjem prostornine. Ta odnos se imenuje Charlesov zakon, ki ga je ustvaril znanstvenik Jacques Charles. Matematična formula je k = V / T, kjer je k prostornina in temperaturna konstanta, V prostornina in T temperatura.
Temperatura plina v tej enačbi je podana v stopinjah Kelvina, ki jo dobimo z dodajanjem števila 273 vrednosti stopinje v Celziju.
Zgornji formuli lahko združimo z eno enačbo: k = PV / T, ki jo lahko zapišemo tudi kot PV = kT.

Korak 2. Določite količino plina, ki ga želite izmeriti

Plini imajo maso in prostornino. Prostornina se običajno meri v litrih (l), vendar obstajata dve vrsti mase.

Običajna masa se meri v gramih, v večjih količinah pa je enota kilogram.
Ker so plini zelo lahki, so uporabljene enote molekulska masa ali molska masa. Molska masa je vsota skupnih atomskih mas vsakega atoma v spojini, ki tvori plin, vsakega atoma v primerjavi s številom 12 za ogljik.
Ker so atomi in molekule premajhni za štetje, je količina plina določena v molih. Število molov, prisotnih v danem plinu, lahko dobimo z deljenjem mase z molsko maso in oznako s črko n.
Konstanta K v enačbi plina se lahko nadomesti z zmnožkom n, številom molov (molov) in novo konstanto R. Zdaj je formula nR = PV/T ali PV = nRT.
Vrednost R je odvisna od enot, ki se uporabljajo za merjenje tlaka, prostornine in temperature plina. Za prostornino v litrih, temperaturo v Kelvinih in tlak v atmosferah je vrednost 0,0821 L atm/K mol. To vrednost lahko zapišemo kot 0,0821 L atm K^-1 Krt ^-1 da bi se izognili uporabi poševnic za predstavitev delitev v merskih enotah.

Korak 3. Razumeti Daltonov zakon delnega pritiska

Ta zakon je razvil kemik in fizik John Dalton, ki je prvi razvil koncept, da so kemični elementi sestavljeni iz atomov. Daltonov zakon pravi, da je skupni tlak mešanice plinov vsota tlakov posameznih plinov v mešanici.

Daltonov zakon lahko zapišemo v obliki naslednje formule P_skupaj = P₁ + P₂ + P₃ … Količina P na desni strani znaka je enaka količini plina v mešanici.
Formulo Daltonovega zakona je mogoče razširiti pri obravnavi različnih plinov, pri katerih parcialni tlak vsakega plina ni znan, vendar sta znana njegova prostornina in temperatura. Delni tlak plina je enak tlaku, ki predpostavlja, da je plin v tej količini edini plin v posodi.
Za vsak parcialni tlak je mogoče uporabiti idealno formulo plina. Namesto PV = nRT lahko uporabite le P na levi. Za to sta obe strani razdeljeni z V: PV/V = nRT/V. Dva V na desni strani se medsebojno prekličeta, pri čemer ostane P = nRT/V.
Z njim lahko zamenjamo vsak P na desni, ki predstavlja določen plin v formuli za parcialni tlak: P_skupaj = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

2. del 3: Izračun delnega tlaka, nato skupnega tlaka

Korak 1. Določite enačbo parcialnega tlaka za vsak plin, ki ga izračunate

Za ta izračun se predpostavlja, da 2 -litrska bučka vsebuje 3 pline: dušik (N₂), kisik (O₂) in ogljikov dioksid (CO₂). Vsak plin ima maso 10 g in temperaturo 37 stopinj Celzija. Izračunali bomo parcialni tlak vsakega plina in skupni tlak mešanice plinov v bučki s kemikalijami.

Formula parcialnega tlaka je P_skupaj = P_dušik + P_kisika + P_{ogljikov dioksid}.
Ker iščemo tlak za vsak plin z znano prostornino in temperaturo, lahko število molov vsakega plina izračunamo glede na njegovo maso. Formulo lahko spremenite v: P_skupaj = (nRT/V) _dušik + (nRT/V) _kisika + (nRT/V) _{ogljikov dioksid}

Korak 2. Pretvorite temperaturo v stopinje Kelvina

Temperatura v Celziju je 37 stopinj, zato dodajte 273 do 37, da dobite 310 stopinj K.

Korak 3. Poiščite število molov vsakega plina v vzorcu

Število molov plina je masa plina, deljena z njegovo molsko maso, ki je vsota atomskih mas vsakega atoma v zmesi.

Za plin dušik (N.₂) ima vsak atom atomsko maso 14. Ker je dušik dvoatomenski (molekula dveh atomov), je treba vrednost 14 pomnožiti z 2, da dobimo molarno maso 28 za dušik v tem vzorcu. Nato maso v gramih 10 g delimo z 28, da dobimo število molov, zato je rezultat približno 0,4 mola dušika.
Za naslednji plin kisik (O₂), ima vsak atom atomsko maso 16. Kisik je tudi dvoatomenski, zato 16 -krat 2 daje molarno maso kisika v vzorcu 32. 10 gramov, deljenih s 32, daje približno 0,3 mola kisika.
Naslednji je ogljikov dioksid (CO₂), ki ima 3 atome, in sicer en atom ogljika z atomsko maso 12 in dva atoma kisika z atomsko maso 16. Te tri atomske mase se dodajo, da dobimo molarno maso: 12 + 16 + 16 = 44. Naslednjih 10 gramov delimo s 44, tako da dobimo približno 0,2 mola ogljikovega dioksida.

Korak 4. Vnesite molske vrednosti, prostornino in temperaturo

Številke so bile vnesene v formulo: P_skupaj = (0, 4 * R * 310/2) _dušik + (0, 3 * R * 310/2) _kisika + (0, 2 * R * 310/2) _{ogljikov dioksid}.

Zaradi enostavnosti enote niso zapisane. Te enote bodo v matematičnih izračunih izbrisane, pri čemer bodo ostale le tlačne enote

Korak 5. Vnesite vrednost konstante R

Celotni in parcialni tlak bosta izražena v atmosferskih enotah, zato je uporabljena vrednost R 0,0821 L atm/K mol. Ta vrednost se nato vnese v enačbo, tako da je formula P_skupaj =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _dušik + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _kisika + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{ogljikov dioksid}.

Korak 6. Izračunajte parcialne tlake za vsak plin

Zdaj, ko so na voljo vse zahtevane vrednosti, je čas za matematiko.

Za parcialni tlak dušika se 0,4 mola pomnoži s konstanto 0,0821 in temperaturo 310 stopinj K, nato pa se deli z 2 litroma: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, približno.
Za parcialni tlak kisika se 0,3 mola pomnoži s konstanto 0,0821 in temperaturo 310 stopinj K, nato pa se deli z 2 litroma: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, približno.
Za parcialni tlak ogljikovega dioksida se 0,2 mola pomnoži s konstanto 0,0821 in temperaturo 310 stopinj K, nato pa se deli z 2 litroma: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, približno.
Trije delni tlaki se nato seštejejo, da dobimo skupni tlak: P_skupaj = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 ali 11,45 atm, bolj ali manj.

3. del 3: Izračun skupnega tlaka, nato delnega

Korak 1. Določite formulo parcialnega tlaka kot prej

Še enkrat, predpostavimo, da 2 -litrska bučka vsebuje 3 različne pline: dušik (N₂), kisik (O₂) in ogljikov dioksid (CO₂). Masa vsakega plina je 10 gramov, temperatura vsakega plina pa 37 stopinj C.

Temperatura v Kelvinu je še vedno enaka 310 stopinj, število molov pa je približno 0,4 mola dušika, 0,3 mola kisika in 0,2 mola ogljikovega dioksida.
Uporabljena enota tlaka je tudi ozračje, zato je vrednost konstante R 0,0821 L atm/K mol.
Enačba parcialnega tlaka je na tem mestu še vedno enaka: P_skupaj =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _dušik + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _kisika + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{ogljikov dioksid}.

Korak 2. Dodajte število molov vsakega plina v vzorcu, da dobite skupno število molov plinske mešanice

Ker sta prostornina in temperatura enaka za vsak vzorec plina, vsaka molarna vrednost pa je pomnožena tudi z isto konstanto, lahko uporabimo distribucijsko lastnost matematike, da enačbo prepišemo na naslednji način:_skupaj = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Naredite vsote: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 molov mešanice plinov. Enačba bo enostavnejša, in sicer P_skupaj = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Korak 3. Izračunajte skupni tlak mešanice plinov

Naredite množenje: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 molov, bolj ali manj.

Korak 4. Izračunajte delež vsakega plina, ki sestavlja mešanico

Za izračun deleža vsakega plina v mešanici delite število molov vsakega plina s skupnim številom molov.

Obstaja 0,4 mola dušika, torej 0,4/0,9 = 0,44 (44 odstotkov) vzorca, bolj ali manj.
Obstaja 0,3 mola dušika, torej 0,3/0,9 = 0,33 (33 odstotkov) vzorca, bolj ali manj.
Obstaja 0,2 mola ogljikovega dioksida, torej 0,2/0,9 = 0,22 (22 odstotkov) vzorca, bolj ali manj.
Čeprav zgornji izračun ocenjenega odstotka vrne 0,99, se dejanska decimalna vrednost ponovi. To pomeni, da je po decimalni vejici število 9, ki se ponovi. Po definiciji je ta vrednost enaka 1 ali 100 odstotkov.