Innehåll

• Steg
• Tips
• Varningar
• Nödvändiga material

I kemi avser "partiellt tryck" det tryck som varje gas i en gasblandning utövar mot sin omgivning, såsom en provflaska, en tank med dykluft eller gränserna för en atmosfär. Du kan beräkna trycket för varje gas i en blandning om du vet hur mycket av det det finns, vilken volym det upptar och dess temperatur. Du kan sedan lägga till dessa partiella tryck för att hitta det totala trycket för gasblandningen, eller så kan du först hitta det totala trycket och sedan hitta partialtrycket.

Steg

Del 1 av 3: Förstå gasernas egenskaper

1. 

   Behandla varje gas som en "ideal" gas. En ideal gas, inom kemi, är en som interagerar med andra gaser, utan att lockas till dess molekyler. Enskilda molekyler kan slå varandra och studsa som biljardbollar utan att deformeras på något sätt.
   • Idealt gastryck ökar när de komprimeras till mindre utrymmen och minskar när de expanderar till större områden. Detta förhållande kallas Boyles lag, efter Robert Boyle. Det beskrivs matematiskt som k = P x V eller, enklare, k = PV, där k representerar det konstanta förhållandet, P representerar tryck och V representerar volym.
   • Trycket kan bestämmas med hjälp av en av flera möjliga enheter. En är Pascal (Pa), definierad som en Newton-kraft applicerad över en kvadratmeter. En annan är atmosfären (atm), definierad som trycket från jordens atmosfär vid havsnivå. Ett tryck på 1 atm är lika med 101 325 Pa.
   • De ideala gastemperaturerna ökar när volymerna ökar och minskar. Detta förhållande kallas Charles's Law efter Jacques Charles och beskrivs matematiskt som k = V / t, där k representerar förhållandet mellan konstant volym och temperatur, V representerar volym, igen och T representerar temperatur.
   • Gastemperaturerna i denna ekvation anges i grader Kelvin, vilka hittas genom att lägga till 273 till antalet grader Celsius av gastemperaturen.
   • Dessa två förhållanden kan kombineras i en enda ekvation: k = PV / T, som också kan skrivas som PV = kT.

2. 

   
   
   Definiera i vilka mängder gaserna mäts. Gaser har massa och volym. Volymen mäts vanligtvis i liter (l), men det finns två typer av massa.
   • Konventionell massa mäts i gram eller, om det finns en tillräckligt stor massa, kg.
   • På grund av gasernas lätthet mäts de också i en annan form av massa som kallas molekylär massa eller molär massa. Molmassa definieras som summan av atomvikterna för varje atom av föreningen av vilken gasen framställs, med varje atom jämfört med värdet 12 för kol.
   • Eftersom atomer och molekyler är för små för att arbeta med definieras mängderna gaser i mol. Antalet mol närvarande i en given gas kan bestämmas genom att dela massan med molmassan och kan representeras av bokstaven n.
   • Vi kan ersätta den godtyckliga konstanten k i gasekvationen med produkten av n, antalet mol (mol) och en ny konstant R. Ekvationen kan nu skrivas nR = PV / T eller PV = nRT.
   • R-värdet beror på de enheter som används för att mäta gasernas tryck, volymer och temperaturer. För att identifiera volymen i liter, temperaturen i Kelvin och trycket i atmosfärer är dess värde 0,0821 L.atm / K.mol. Detta kan också skrivas L 0,0821 atm K mol för att undvika delad stapel i måttenheterna.

3. 

   
   
   Förstå Daltons lag om partiella tryck. Utvecklad av kemist och fysiker John Dalton, som först avancerade begreppet kemiska element som är gjorda av atomer, säger Daltons lag att det totala trycket i en gasblandning är summan av trycket för var och en av gaserna i blandningen.
   • Daltons lag kan skrivas som en ekvation som P _total = P₁ + P₂ + P₃... med lika många tillägg efter likhetstecknet som det finns gaser i blandningen.
   • Daltons lagekvation kan utökas när man arbetar med gaser vars individuella partialtryck är okända men som vi känner till deras volymer och temperaturer. Ett partiellt tryck av en gas är samma tryck om samma mängd gas var den enda gasen i behållaren.
   • För vart och ett av partialtrycken kan vi skriva om den ideala gasekvationen så att vi i stället för formeln PV = nRT bara kan ha P på vänster sida av likhetstecknet. För att göra detta delar vi båda sidorna med V: PV / V = ​​nRT / V. De två V på vänster sida avbryter varandra och lämnar P = nRT / V.
   • Vi kan sedan ersätta varje P som prenumereras på höger sida av partialtrycksekvationen: P_total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Del 2 av 3: Beräkning av partiella tryck och sedan totala tryck

1. 

   
   
   
   
   Definiera partialtrycksekvationen för de gaser du arbetar med. För denna beräkning antar vi en 2 liters ballong som rymmer tre gaser: kväve (N₂), syre (O₂) och koldioxid (CO₂). Det finns 10 g av var och en av gaserna, och temperaturen för var och en av dem i kolven är 37 ° Celsius. Vi måste hitta partialtrycket för varje gas och det totala trycket som blandningen utövar på behållaren.
   • Vår partiella tryckekvation blir P _total = P _kväve + P _syre + P _koldioxid .
   • Eftersom vi försöker hitta det tryck som varje gas utövar, vet vi volym och temperatur och vi kan hitta hur många mol av varje gas som finns baserat på massan, vi kan skriva om denna ekvation som: P_total = (nRT / V) _kväve + (nRT / V) _syre + (nRT / V) _koldioxid

2. 

   
   
   Konvertera temperaturen till Kelvin. Temperaturen är 37º Celsius, så lägg till 273 till 37 för att få 310 K.

3. 

   Hitta antalet mol för var och en av gaserna i provet. Antalet mol av en gas är massan av gasen som divideras med dess molära massa, vilket vi sa är summan av atomvikterna för varje atom i föreningen.
   • För den första gasen kväve (N₂), har varje atom en atomvikt på 14. Eftersom kväve är diatomiskt (molekylär form av två atomer) måste vi multiplicera 14 med 2 för att upptäcka att kvävet i vårt prov har en molmassa på 28. Dela sedan massan i gram, 10 g, med 28, för att erhålla antalet mol, vilket vi kommer att uppskatta till 0,4 mol kväve.
   • För den andra gasen, syre (O₂), har varje atom en atomvikt på 16. Syre är också diatomiskt, så multiplicera 16 med 2 för att upptäcka att syret i vårt prov har en molmassa på 32. Att dela 10 g med 32 ger oss cirka 0,3 mol syre i vårt prov.
   • Den tredje gasen, koldioxid (CO₂), har 3 atomer: ett kol, med en atomvikt på 12; och två syre, vardera med en atomvikt på 16. Vi lägger till de tre vikterna: 12 + 16 + 16 = 44 för molmassan. Att dela 10 g med 44 ger oss cirka 0,2 mol koldioxid.

4. 

   
   
   Ersätt värdena med mol, volym och temperatur. Vår ekvation ser nu ut så här: P_total = (0,4 * R * 310/2) _kväve + (0,3 * R * 310/2) _syre + (0,2 * R * 310/2) _koldioxid.
   • För enkelhetens skull har vi utelämnat de måttenheter som följer värdena. Dessa enheter kommer att avbrytas efter att vi har gjort matematiken och lämnar bara den måttenhet vi använder för att rapportera tryck.

5. 

   Ersätt värdet för konstanten R. Vi hittar partiella och totala tryck i atmosfärer, så vi kommer att använda R-värdet på 0,0821 atm L / K.mol. Att ersätta värdet i ekvationen ger oss nu P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _kväve + (0,3 *0,0821 * 310/2) _syre + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _koldioxid .

6. 

   Beräkna partialtrycket för varje gas. Nu när vi har värdena på plats är det dags att göra matte.
   • För kvävets partiella tryck multiplicerar vi 0,4 mol med vår 0,0821 konstant och vår 310 K temperatur och delar sedan med 2 liter: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, ungefär.
   • För partiellt syretryck multiplicerar vi 0,3 mol med vår 0,0821 konstant och vår 310 K temperatur och delar sedan med 2 liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, ungefär.
   • För partiellt tryck av koldioxid multiplicerar vi 0,2 mol med vår 0,0821 konstant och vår 310 K temperatur och delar sedan med 2 liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, ungefär.
   • Vi lägger nu till dessa tryck för att hitta det totala trycket: P_total = 5,09 + 3,82 + 2,54 eller ungefär 11,45 atm.

Del 3 av 3: Beräkning av det totala trycket och därefter deltrycket

1. 

   Definiera partialtrycksekvationen som tidigare. Återigen antar vi att en 2-liters kolv innehåller 3 gaser: kväve (N₂), syre (O₂) och koldioxid (CO₂). Det finns 10 g av var och en av gaserna och temperaturen för var och en av gaserna i kolven är 37 grader Celsius.
   • Temperaturen i Kelvin kommer fortfarande att vara 310, och som tidigare har vi cirka 0,4 mol kväve, 0,3 mol syre och 0,2 mol koldioxid.
   • På samma sätt kommer vi fortfarande att hitta tryck i atmosfärer, så vi kommer att använda värdet 0,0821 atm L / K.mol för konstanten R.
   • Så, vår partiella tryckekvation ser fortfarande likadan ut vid denna punkt: P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _kväve + (0,3 *0,0821 * 310/2) _syre + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _koldioxid.

2. 

   Lägg till antalet mol av var och en av gaserna i provet för att hitta det totala antalet mol av gasblandningen. Eftersom volymen och temperaturen är samma för varje prov i gasen, för att inte tala om att varje molvärde multipliceras med samma konstant, kan vi använda matematikens fördelningsegenskap för att skriva om ekvationen som P_total = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Tillsätt 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol av gasblandningen. Detta förenklar ytterligare ekvationen för P _total = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Beräkna gasblandningens totala tryck. Multiplicera 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, ungefär.

4. 

   Hitta andelen av varje gas i den totala blandningen. För att göra detta, dela antalet mol för var och en av gaserna med det totala antalet mol.
   • Det finns 0,4 mol kväve, så 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) av provet, ungefär.
   • Det finns 0,3 mol kväve, så 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) av provet, ungefär.
   • Det finns 0,2 mol koldioxid, så att 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) av provet, ungefär.
   • Även om de ungefärliga procentsatserna ovan uppgår till bara 0,99 upprepas de faktiska decimalerna, så den faktiska summan är en serie repetitioner av nio efter decimaltalet. Per definition är detta samma som 1 eller 100%.

5. 

   Multiplicera det proportionella värdet för varje gas med det totala trycket för att hitta partialtrycket.
   • Multiplicera 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, ungefär.
   • Multiplicera 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, ungefär.
   • Multiplicera 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, ungefär.

Tips

• Du kommer att märka en liten skillnad i värdena genom att först hitta partialtrycket, sedan totaltrycket och sedan hitta totaltrycket och därefter partialtrycket. Kom ihåg att de angivna värdena presenterades som ungefärliga värden på grund av avrundning till en eller två decimaler för att göra värdena lättare att förstå. Om du gör beräkningarna med en räknare utan att avrunda kommer du att märka en mindre, om någon, skillnad mellan de två metoderna.

Varningar

• Kunskap om partiella gastryck kan bli en fråga om liv och död för dykare. För lågt partiellt syretryck kan leda till medvetslöshet och död, medan ett mycket högt partiellt tryck av väte eller syre också kan vara giftigt.

Nödvändiga material

• Kalkylator;
• Referensbok om atomvikter / molära massor.