İçerik

• Adımlar
• İpuçları
• Uyarılar
• Gerekli malzemeler

Kimyada "kısmi basınç", bir gaz karışımındaki her bir gazın, bir numune şişesi, bir dalış havası tankı veya bir atmosferin sınırları gibi çevresine uyguladığı basıncı ifade eder. Bir karışımdaki her bir gazın basıncını, ne kadar olduğunu, hangi hacmi kapladığını ve sıcaklığını biliyorsanız hesaplayabilirsiniz. Daha sonra gaz karışımının toplam basıncını bulmak için bu kısmi basınçları ekleyebilir veya önce toplam basıncı bulabilir ve ardından kısmi basınçları bulabilirsiniz.

Adımlar

Bölüm 1/3: Gazların özelliklerini anlamak

1. 

   Her gaza "ideal" gaz gibi davranın. Kimyada ideal bir gaz, moleküllerine çekilmeden diğer gazlarla etkileşime giren gazdır. Tek tek moleküller, herhangi bir şekilde deforme olmadan bilardo topları gibi birbirine çarpabilir ve sekebilir.
   • İdeal gaz basınçları daha küçük alanlara sıkıştırıldıkça artar ve daha geniş alanlara genişledikçe azalır. Bu ilişkiye Robert Boyle'den sonra Boyle Yasası denir. Matematiksel olarak k = P x V veya daha basitçe k = PV olarak tanımlanır, burada k sabit ilişkiyi, P basıncı ve V hacmi temsil eder.
   • Basınçlar, birkaç olası birimden biri kullanılarak belirlenebilir. Bunlardan biri, bir metrekare üzerine uygulanan Newton kuvveti olarak tanımlanan Pascal (Pa). Bir diğeri, Dünya atmosferinin deniz seviyesindeki basıncı olarak tanımlanan atmosferdir (atm). 1 atm basınç 101,325 Pa'ya eşittir.
   • Hacimler arttıkça ve azaldıkça ideal gaz sıcaklıkları artar. Bu ilişki, Jacques Charles'tan sonra Charles Yasası olarak adlandırılır ve matematiksel olarak k = V / t olarak tanımlanır; burada k, sabit hacim ve sıcaklık arasındaki ilişkiyi, V yine hacmi temsil eder ve T sıcaklığı temsil eder.
   • Bu denklemdeki gaz sıcaklıkları, gaz sıcaklığının Celsius derece sayısına 273 eklenerek bulunan Kelvin derece olarak verilmiştir.
   • Bu iki ilişki tek bir denklemde birleştirilebilir: k = PV / T, bu aynı zamanda PV = kT olarak da yazılabilir.

2. 

   
   
   Gazların hangi miktarlarda ölçüldüğünü tanımlayın. Gazların kütlesi ve hacmi vardır. Hacim genellikle litre (l) cinsinden ölçülür, ancak iki tür kütle vardır.
   • Geleneksel kütle gram cinsinden veya yeterince büyük bir kütle varsa kilogram cinsinden ölçülür.
   • Gazların hafifliğinden dolayı, moleküler kütle veya molar kütle adı verilen başka bir kütle biçiminde de ölçülürler. Molar kütle, gazın yapıldığı bileşiğin her bir atomunun, karbon için 12 değeriyle karşılaştırılan her bir atomun atom ağırlıklarının toplamı olarak tanımlanır.
   • Atomlar ve moleküller çalışmak için çok küçük olduğundan, gazların miktarları mol cinsinden tanımlanır. Belirli bir gazda bulunan mol sayısı, kütlenin molar kütleye bölünmesiyle belirlenebilir ve n harfi ile temsil edilebilir.
   • Gaz denklemindeki keyfi sabit k'yi n'nin çarpımı, mol sayısı (mol) ve yeni bir R sabitiyle değiştirebiliriz. Denklem şimdi nR = PV / T veya PV = nRT yazılabilir.
   • R değeri, gazların basınçlarını, hacimlerini ve sıcaklıklarını ölçmek için kullanılan birimlere bağlıdır. Hacmi litre cinsinden, Kelvin cinsinden sıcaklığı ve atmosferdeki basıncı tanımlamak için değeri 0,0821 L.atm / K.mol'dur. Bu, ölçüm birimlerindeki bölünmüş çubuğu önlemek için L 0,0821 atm K mol olarak da yazılabilir.

3. 

   
   
   Dalton'un kısmi basınç yasasını anlayın. Atomlardan oluşan kimyasal elementler kavramını ilk geliştiren kimyager ve fizikçi John Dalton tarafından geliştirilen Dalton Yasası, bir gaz karışımının toplam basıncının, karışımdaki her bir gazın basınçlarının toplamı olduğunu belirtir.
   • Dalton yasası bir denklem olarak P olarak yazılabilir _Toplam = P₁ + P₂ + P₃... karışımda gaz olduğu kadar eşit işaretinden sonra pek çok addenda ile.
   • Dalton Yasası denklemi, bireysel kısmi basınçları bilinmeyen, ancak hacimlerini ve sıcaklıklarını bildiğimiz gazlarla çalışırken genişletilebilir. Kaptaki tek gaz aynı miktarda gaz olsaydı, bir gazın kısmi basıncı aynı basınçtır.
   • Kısmi basınçların her biri için ideal gaz denklemini yeniden yazabiliriz, böylece PV = nRT formülü yerine eşit işaretinin sol tarafında sadece P olabilir. Bunu yapmak için, her iki tarafı da V'ye böleriz: PV / V = ​​nRT / V. Sol taraftaki iki V birbirini iptal ederek P = nRT / V bırakarak.
   • Daha sonra, kısmi basınç denkleminin sağ tarafında yer alan her bir P'yi değiştirebiliriz: P_Toplam = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Bölüm 2/3: Kısmi basınçları ve ardından toplam basınçları hesaplama

1. 

   
   
   
   
   Çalıştığınız gazlar için kısmi basınç denklemini tanımlayın. Bu hesaplamanın amaçları doğrultusunda, üç gazı tutan 2 litrelik bir balon varsayacağız: nitrojen (N₂), oksijen (O₂) ve karbondioksit (CO₂). Gazların her birinden 10 g vardır ve her birinin balon içerisindeki sıcaklığı 37º Celsius'dur. Her bir gazın kısmi basıncını ve karışımın kapta uyguladığı toplam basıncı bulmamız gerekir.
   • Kısmi basınç denklemimiz P olur _Toplam = P _azot + P _oksijen + P _{karbon dioksit} .
   • Her bir gazın uyguladığı basıncı bulmaya çalıştığımız için, hacmi ve sıcaklığı biliyoruz ve kütleye bağlı olarak her bir gazın kaç mol olduğunu bulabiliyoruz, bu denklemi şu şekilde yeniden yazabiliriz: P_Toplam = (nRT / V) _azot + (nRT / V) _oksijen + (nRT / V) _{karbon dioksit}

2. 

   
   
   Sıcaklığı Kelvin'e çevirin. Sıcaklık 37º Celsius, bu nedenle 310 K elde etmek için 273 ila 37 ekleyin.

3. 

   Numunedeki gazların her biri için mol sayısını bulun. Bir gazın mol sayısı, bileşikteki her bir atomun atom ağırlıklarının toplamı olduğunu söylediğimiz, molar kütlesine bölünen gazın kütlesidir.
   • İlk gaz için nitrojen (N₂), her bir atomun atom ağırlığı 14'tür. Nitrojen diatomik olduğundan (iki atomun moleküler formu), örneğimizdeki nitrojenin 28'lik bir molar kütleye sahip olduğunu bulmak için 14'ü 2 ile çarpmamız gerekir. Ardından, kütleyi bölün. 0,4 mol nitrojene yaklaşacağımız mol sayısını elde etmek için gram cinsinden 10 g, 28'e kadar.
   • İkinci gaz için oksijen (O₂), her atomun atom ağırlığı 16'dır. Oksijen de diatomiktir, bu nedenle örneğimizdeki oksijenin molar kütlesi 32 olduğunu bulmak için 16 ile 2'yi çarpın. 10 g'yi 32'ye bölmek bize yaklaşık 0,3 mol oksijen verir. örneklem.
   • Üçüncü gaz, karbondioksit (CO₂), 3 atoma sahiptir: atom ağırlığı 12 olan bir karbon; ve her biri atom ağırlığı 16 olan iki oksijen. Üç ağırlığı ekliyoruz: molar kütle için 12 + 16 + 16 = 44. 10 g'yi 44'e bölmek bize yaklaşık 0,2 mol karbondioksit verir.

4. 

   
   
   Değerleri mol, hacim ve sıcaklık ile değiştirin. Denklemimiz şimdi şöyle görünüyor: P_Toplam = (0,4 * R * 310/2) _azot + (0.3 * R * 310/2) _oksijen + (0.2 * R * 310/2) _{karbon dioksit}.
   • Basit olması için, değerlere eşlik eden ölçü birimlerini dışarıda bıraktık. Biz matematiği yaptıktan sonra bu birimler iptal edilecek ve sadece basınçları raporlamak için kullandığımız ölçü birimi bırakılacaktır.

5. 

   R sabitinin değerini değiştirin. Atmosferlerdeki kısmi ve toplam basınçları bulacağız, bu nedenle 0.0821 atm L / K.mol R değerini kullanacağız. Denklemdeki değeri değiştirmek şimdi bize P verir_Toplam =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _azot + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oksijen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{karbon dioksit} .

6. 

   Her bir gaz için kısmi basınçları hesaplayın. Artık değerleri yerine getirdiğimize göre, matematik yapma zamanı.
   • Azotun kısmi basıncı için, 0,4 mol'ü 0,0821 sabitimiz ve 310 K sıcaklığımızla çarparız ve sonra 2 litreye böleriz: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, yaklaşık.
   • Kısmi oksijen basıncı için, 0,3 mol'ü 0,0821 sabitimiz ve 310 K sıcaklığımızla çarpıp 2 litreye böleriz: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, yaklaşık.
   • Kısmi karbondioksit basıncı için 0,2 mol'ü 0,0821 sabitimiz ve 310 K sıcaklığımızla çarparız ve sonra 2 litreye böleriz: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, yaklaşık.
   • Şimdi toplam basıncı bulmak için bu basınçları ekliyoruz: P_Toplam = 5.09 + 3.82 + 2.54 veya yaklaşık 11.45 atm.

Bölüm 3/3: Toplam basıncın ve ardından kısmi basınçların hesaplanması

1. 

   Kısmi basınç denklemini önceki gibi tanımlayın. Yine, 2 litrelik bir şişenin 3 gaz içerdiğini varsayıyoruz: nitrojen (N₂), oksijen (O₂) ve karbondioksit (CO₂). Her bir gazdan 10 g vardır ve şişedeki her bir gazın sıcaklığı 37 santigrat derecedir.
   • Kelvin cinsinden sıcaklık yine 310 olacak ve daha önce olduğu gibi, yaklaşık 0.4 mol nitrojen, 0.3 mol oksijen ve 0.2 mol karbondioksitimiz var.
   • Aynı şekilde, atmosferlerdeki basınçları bulmaya devam edeceğiz, bu nedenle R sabiti için 0.0821 atm L / K.mol değerini kullanacağız.
   • Yani, kısmi basınç denklemimiz bu noktada hala aynı görünüyor: P_Toplam =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _azot + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oksijen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{karbon dioksit}.

2. 

   Gaz karışımının toplam mol sayısını bulmak için numunedeki gazların her birinin mol sayısını ekleyin. Hacim ve sıcaklık, gazdaki her numune için aynı olduğundan, her molar değerin aynı sabitle çarpıldığından bahsetmiyorum bile, denklemi P olarak yeniden yazmak için matematiğin dağılım özelliğini kullanabiliriz._Toplam = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 mol gaz karışımının eklenmesi. Bu, P için denklemi daha da basitleştirir _Toplam = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Gaz karışımının toplam basıncını hesaplayın. Yaklaşık 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol ile çarpılır.

4. 

   Toplam karışımdaki her bir gazın oranını bulun. Bunu yapmak için, gazların her biri için mol sayısını toplam mol sayısına bölün.
   • 0,4 mol nitrojen vardır, yani numunenin yaklaşık 0,4 / 0,9 = 0,44 (% 44) 'ü vardır.
   • 0,3 mol nitrojen vardır, yani numunenin yaklaşık 0,3 / 0,9 = 0,33'ü (% 33).
   • 0,2 mol karbondioksit vardır, böylece numunenin yaklaşık 0,2 / 0,9 = 0,22'si (% 22) olur.
   • Yukarıdaki yaklaşık yüzdelerin toplamı sadece 0.99 olsa da, gerçek ondalık sayılar tekrar ediyor, bu nedenle gerçek toplam, ondalıktan sonra dokuzun tekrarlanmasından oluşan bir dizi. Tanım olarak, bu 1 veya% 100 ile aynıdır.

5. 

   Kısmi basıncı bulmak için her bir gazın orantılı değerini toplam basınçla çarpın.
   • Yaklaşık olarak 0.44 * 11.45 = 5.04 atm ile çarpılır.
   • Yaklaşık olarak 0.33 * 11.45 = 3.78 atm ile çarpılır.
   • Yaklaşık olarak 0.22 * 11.45 = 2.52 atm ile çarpılır.

İpuçları

• Önce kısmi basınçları, sonra toplam basıncı bularak ve önce toplam basıncı ve ardından kısmi basınçları bularak değerlerde küçük bir fark göreceksiniz. Verilen değerlerin, değerlerin anlaşılmasını kolaylaştırmak için bir veya iki ondalık basamağa yuvarlanması nedeniyle yaklaşık değerler olarak sunulduğunu unutmayın. Hesaplamaları yuvarlamadan bir hesap makinesi ile yaparsanız, iki yöntem arasında varsa küçük bir tutarsızlık göreceksiniz.

Uyarılar

• Kısmi gaz basınçları bilgisi dalgıçlar için bir ölüm kalım meselesi olabilir. Çok düşük bir kısmi oksijen basıncı bilinç kaybına ve ölüme neden olabilirken, çok yüksek bir kısmi hidrojen veya oksijen basıncı da toksik olabilir.

Gerekli malzemeler

• Hesap makinesi;
• Atom ağırlıkları / molar kütlelerin referans kitabı.