نحوه محاسبه فشار جزئی: 14 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: Jason Gerald | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-19 22:12

"فشار جزئی" در شیمی فشاری است که هر گاز موجود در مخلوط گاز بر محیط اطراف خود اعمال می کند ، مانند فلاسک حجمی ، مخزن هوای غواصی یا مرز جوی. اگر مقدار گاز ، حجم اشغال آن و دما را بدانید ، می توانید فشار هر گاز را در یک مخلوط محاسبه کنید. فشارهای جزئی را می توان برای محاسبه فشار کل مخلوط گاز به یکدیگر اضافه کرد. از سوی دیگر ، برای محاسبه فشار جزئی می توان فشار کل را از قبل محاسبه کرد.

گام

قسمت 1 از 3: درک خواص گازها

مرحله 1. با هر گاز به عنوان یک گاز "ایده آل" رفتار کنید

در شیمی ، گاز ایده آل گازی است که بدون جذب شدن به مولکول های آن با سایر گازها برهم کنش می کند. مولکولهای منفرد می توانند مانند توپ های بیلیارد بدون تغییر شکل به هم بر خورده و جهش کنند.

فشار یک گاز ایده آل هنگامی که در یک فضای کوچکتر فشرده می شود افزایش می یابد و هنگامی که در یک فضای بزرگتر منبسط می شود ، کاهش می یابد. این رابطه قانون بویل نام دارد که توسط رابرت بویل ایجاد شده است. از نظر ریاضی ، فرمول k = P x V است ، یا ساده شده به k = PV ، k ثابت است ، P فشار است ، در حالی که V حجم است.
چندین واحد ممکن برای فشار وجود دارد. یکی از آنها پاسکال (Pa) است. این واحد به عنوان نیروی یک نیوتن اعمال شده به مساحت یک متر مربع تعریف شده است. واحد دیگر جو (اتمسفر) است. اتمسفر عبارت است از فشار جو زمین در سطح دریا. فشار 1 اتمسفر معادل 101،325 Pa است.
دمای یک گاز ایده آل با افزایش حجم افزایش می یابد و با کاهش حجم کاهش می یابد. این رابطه قانون چارلز است که توسط دانشمند ژاک شارل ایجاد شده است. فرمول ریاضی k = V / T است ، جایی که k حجم و دما ثابت است ، V حجم است و T دما است.
درجه حرارت گاز در این معادله بر حسب درجه کلوین آورده شده است که با افزودن عدد 273 به مقدار درجه در سانتی گراد بدست می آید.
دو فرمول بالا را می توان با یک معادله ترکیب کرد: k = PV / T ، که می تواند به صورت PV = kT نیز نوشته شود.

مرحله 2. مقدار گاز مورد اندازه گیری را تعیین کنید

گازها جرم و حجم دارند. حجم معمولاً بر حسب لیتر (l) اندازه گیری می شود ، اما دو نوع جرم وجود دارد.

جرم معمولی بر حسب گرم اندازه گیری می شود ، اما در مقادیر بیشتر واحد کیلوگرم است.
از آنجا که گازها بسیار سبک هستند ، واحدهای مورد استفاده جرم مولکولی یا جرم مولی هستند. جرم مولی مجموع جرمهای اتمی هر اتم در ترکیب تشکیل دهنده گاز است ، هر اتم در مقایسه با عدد 12 کربن.
از آنجا که اتمها و مولکولها برای شمارش بسیار کوچک هستند ، مقدار گاز در مول مشخص می شود. تعداد خال های موجود در یک گاز معین را می توان با تقسیم جرم بر جرم مولی و با حرف n نشان داد.
ثابت K در معادله گاز را می توان با حاصلضرب n ، تعداد مول (مول) و ثابت جدید R. جایگزین کرد. اکنون فرمول nR = PV/T یا PV = nRT است.
مقدار R بستگی به واحدهای مورد استفاده برای اندازه گیری فشار ، حجم و دمای گاز دارد. برای حجم بر لیتر ، دما در کلوین و فشار در اتمسفر ، مقدار 0.0821 لیتر اتمسفر بر کیلو مول است. این مقدار را می توان 0.0821 L atm K نوشت^-1 خال ^-1 برای جلوگیری از استفاده از خطوط برش برای نشان دادن تقسیمات در واحدهای اندازه گیری.

مرحله 3. درک قانون فشار جزئی دالتون

این قانون توسط شیمی دان و فیزیکدان جان دالتون ایجاد شد که اولین بار این مفهوم را ایجاد کرد که عناصر شیمیایی از اتم ساخته شده است. قانون دالتون می گوید که فشار کل مخلوط گازها مجموع فشارهای هر یک از گازهای موجود در مخلوط است. به

قانون دالتون را می توان در قالب فرمول زیر P نوشت_جمع = P₁ + پ₂ + پ₃ … مقدار P در سمت راست علامت برابر با مقدار گاز موجود در مخلوط است.
فرمول قانون دالتون را می توان در هنگام برخورد با گازهای مختلف که فشار جزئی هر گاز ناشناخته است ، اما حجم و دمای آنها مشخص است ، گسترش داد. فشار نسبی یک گاز معادل فشاری است که فرض می کند گاز در آن مقدار تنها گاز موجود در ظرف است.
برای هر فشار جزئی می توان از فرمول گاز ایده آل استفاده کرد. به جای استفاده از PV = nRT ، فقط P در سمت چپ قابل استفاده است. برای این ، هر دو طرف با V تقسیم می شوند: PV/V = nRT/V. دو V در سمت راست یکدیگر را لغو می کنند و P = nRT/V باقی می ماند.
ما می توانیم از آن برای جایگزینی هر P در سمت راست که نشان دهنده گاز خاصی در فرمول فشار جزئی است استفاده کنیم: P_جمع = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

قسمت 2 از 3: محاسبه فشار جزئی ، سپس فشار کل

مرحله 1. معادله فشار جزئی را برای هر گازی که در حال محاسبه هستید تعیین کنید

برای این محاسبه فرض بر این است که یک فلاسک 2 لیتری دارای 3 گاز است: نیتروژن (N₂) ، اکسیژن (O₂) و دی اکسید کربن (CO₂) جرم هر گاز 10 گرم و دمای آن 37 درجه سانتیگراد است. ما فشار جزئی هر گاز و فشار کل مخلوط گاز را در فلاسک شیمیایی محاسبه می کنیم.

فرمول فشار جزئی P است_جمع = P_{نیتروژن} + پ_اکسیژن + پ_{دی اکسید کربن}.
از آنجا که ما به دنبال فشار برای هر گاز با حجم و دمای مشخص هستیم ، تعداد مول هر گاز را می توان بر اساس جرم آن محاسبه کرد. فرمول را می توان به: P تغییر داد_جمع = (nRT/V) _{نیتروژن} + (nRT/V) _اکسیژن + (nRT/V) _{دی اکسید کربن}

مرحله 2. درجه حرارت را به درجه کلوین تبدیل کنید

درجه حرارت در درجه سانتیگراد 37 درجه است ، بنابراین 273 را به 37 اضافه کنید تا 310 درجه K دریافت کنید.

مرحله 3. تعداد مول هر گاز موجود در نمونه را بیابید

تعداد مول گاز یک جرم گاز تقسیم بر جرم مولی آن است که مجموع جرم اتمی هر اتم در مخلوط است.

برای گاز نیتروژن (N₂) ، هر اتم دارای جرم اتمی 14 است. از آنجا که نیتروژن دو اتمی است (یک مولکول دو اتمی) ، مقدار 14 باید در 2 ضرب شود تا جرم مولی 28 نیتروژن در این نمونه به دست آید. سپس جرم بر گرم ، 10 گرم ، بر 28 تقسیم می شود ، تا تعداد خال بدست آید ، بنابراین نتیجه حدود 0.4 مول نیتروژن است.
برای گاز بعدی ، اکسیژن (O₂) ، هر اتم دارای جرم اتمی 16 است. اکسیژن نیز دیاتومیک است ، بنابراین 16 برابر 2 به جرم مولی اکسیژن در نمونه 32 می دهد. 10 گرم تقسیم بر 32 تقریبا 0.3 مولی اکسیژن می دهد.
بعد دی اکسید کربن (CO) است₂) ، که دارای 3 اتم است ، یعنی یک اتم کربن با جرم اتمی 12 و دو اتم اکسیژن با جرم اتمی 16. این سه جرم اتمی برای بدست آوردن جرم مولی اضافه می شوند: 12 + 16 + 16 = 44 = 44. 10 گرم بعدی بر 44 تقسیم می شود بنابراین نتیجه حدود 0.2 مول دی اکسید کربن است.

مرحله 4. مقادیر مول ، حجم و دما را وارد کنید

اعداد وارد فرمول می شوند: P_جمع = (0 ، 4 * R * 310/2) _{نیتروژن} + (0 ، 3 * R * 310/2) _اکسیژن + (0 ، 2 * R * 310/2) _{دی اکسید کربن}.

برای سادگی ، واحدها نوشته نمی شوند. این واحدها در محاسبات ریاضی پاک می شوند و تنها واحدهای فشار باقی می مانند

مرحله 5. مقدار ثابت R را وارد کنید

فشارهای کلی و جزئی در واحدهای جوی بیان می شود ، بنابراین مقدار R مورد استفاده 0.0821 L atm/K mol است. سپس این مقدار در معادله وارد می شود تا فرمول P باشد_جمع =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _{نیتروژن} + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _اکسیژن + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{دی اکسید کربن}.

مرحله 6. فشارهای جزئی برای هر گاز را محاسبه کنید

اکنون که همه مقادیر مورد نیاز در دسترس هستند ، وقت آن است که ریاضیات را انجام دهیم.

برای فشار جزئی نیتروژن ، 0.4 مول در ثابت 0.0821 و دمای 310 درجه K ضرب می شود ، سپس بر 2 لیتر تقسیم می شود: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 اتمسفر ، تقریبا.
برای فشار جزئی اکسیژن ، 0.3 مول در ثابت 0.0821 و دمای 310 درجه K ضرب می شود ، سپس بر 2 لیتر تقسیم می شود: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3.82 atm ، تقریبا.
برای فشار جزئی دی اکسید کربن ، 0.2 مول در ثابت 0.0821 و درجه حرارت 310 درجه K ضرب می شود ، سپس بر 2 لیتر تقسیم می شود: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 اتمسفر ، 0.2 * 0.0821 *.
سپس سه فشار جزئی با هم جمع می شوند تا فشار کل حاصل شود: P_جمع = 5 ، 09 + 3 ، 82 + 2 ، 54 ، یا 11.45 اتمسفر ، بیشتر یا کمتر.

قسمت 3 از 3: محاسبه فشار کل ، سپس جزئی

مرحله 1. فرمول فشار جزئی را مانند قبل تعیین کنید

باز هم ، فرض کنید یک فلاسک 2 لیتری حاوی 3 گاز مختلف است: نیتروژن (N₂) ، اکسیژن (O₂) و دی اکسید کربن (CO₂) جرم هر گاز 10 گرم و دمای هریک 37 درجه سانتی گراد است.

دما در کلوین همچنان همان 310 درجه است و تعداد خال ها تقریباً 0.4 مول نیتروژن ، 0.3 مول اکسیژن و 0.2 مول دی اکسید کربن است.
واحد فشار مورد استفاده نیز اتمسفر است ، بنابراین مقدار ثابت R 0.0821 L atm/K mol است.
بنابراین معادله فشار جزئی هنوز در این نقطه یکسان است: P_جمع =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _{نیتروژن} + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _اکسیژن + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{دی اکسید کربن}.

مرحله 2. تعداد مول هر گاز را در نمونه اضافه کنید تا تعداد کل مول مخلوط گاز بدست آید

از آنجا که حجم و دما برای هر نمونه گاز یکسان است و هر مقدار مولار نیز در یک ثابت ضرب می شود ، می توانیم از ویژگی توزیعی ریاضیات برای بازنویسی معادله به شرح زیر استفاده کنیم:_جمع = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

مجموع را انجام دهید: 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 مول مخلوط گاز. معادله ساده تر است ، یعنی P_جمع = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

مرحله 3. فشار کل مخلوط گاز را محاسبه کنید

ضرب را انجام دهید: 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 مول ، بیشتر یا کمتر.

مرحله 4. نسبت هر گاز تشکیل دهنده مخلوط را محاسبه کنید

برای محاسبه نسبت هر گاز در مخلوط ، تعداد مول هر گاز را بر تعداد کل مول تقسیم کنید.

0.4 مول نیتروژن وجود دارد ، بنابراین 0.4/0.9 = 0.44 (44 درصد) نمونه ، بیشتر یا کمتر.
0.3 مول نیتروژن وجود دارد ، بنابراین 0.3/0.9 = 0.33 (33 درصد) نمونه ، بیشتر یا کمتر.
0.2 مول دی اکسید کربن وجود دارد ، بنابراین 0.2/0.9 = 0.22 (22 درصد) نمونه ، بیشتر یا کمتر.
اگرچه محاسبه درصد برآورد فوق 0.99 باز می گردد ، اما مقدار اعشار واقعی خود را تکرار می کند. این بدان معناست که بعد از نقطه اعشار عدد 9 است که خود را تکرار می کند. طبق تعریف این مقدار برابر 1 یا 100 درصد است.