Содержание

• Шаги
• Совет
• Предупреждение
• Что вам нужно

В химии «парциальное давление» - это давление каждого газа в смеси газов, воздействующее на окружающую среду, такую ​​как газовый баллон в лаборатории, газовый баллон дайвера или окружающее пространство. Атмосфера. Вы можете рассчитать давление каждого газа в смеси, если знаете его массу, объем и температуру. Затем вы складываете парциальные давления, чтобы получить общее давление газовой смеси, или сначала находите общее давление, а затем парциальное давление.

Шаги

Часть 1 из 3: Понимание свойств газа

1. 

   Рассматривайте каждый газ как «идеальный» газ. В химии идеальный газ - это газ, который взаимодействует с другими газами, не притягиваясь к их молекулам. Молекулы газа могут сталкиваться друг с другом и отскакивать, как бильярдные шары, без деформации.
   • Давление идеального газа увеличивается, когда он сжимается в меньшее пространство, и уменьшается, когда он распространяется в большее пространство. Эти отношения известны как закон Бойля (названный в честь ученого Роберта Бойля). Математическая формула показывает, что это соотношение: k = P x V, или, проще говоря, k = PV, где k - постоянная связь между давлением и объемом, P - давление, а V - тело. товар.
   • Проблема может заключаться в давлении в одной из многих различных единиц. В котором паскаль (Па) определяется как сила в ньютоне, действующая на квадратный метр. Другая единица - атмосфера (атм), которая определяется как давление земной атмосферы на высоте, равной уровню моря. Давление 1 атм - 101,325 Па.
   • Температура идеального газа увеличивается с увеличением объема и уменьшается с уменьшением объема. Эти отношения известны как закон Чарльза (названный в честь ученого Жака Шарля). Математическая формула для этого: k = V / T, где k - постоянное соотношение между объемом и температурой, V - объем, а T - температура.
   • Температура газа в этом уравнении рассчитывается в градусах Кельвина и в градусах Кельвина путем прибавления градусов Цельсия к 273.
   • Эти два отношения можно объединить в одно уравнение: k = PV / T, или их можно записать как PV = kT.

2. 

   
   
   Определяет единицу массы, используемую для измерения газа. У газа есть масса и объем. Объемы обычно измеряются в литрах (л), но есть две массы газа.
   • Обычные массы измеряются в граммах или, если масса достаточно велика, в килограммах.
   • Поскольку большинство газов часто очень легкие, они также измеряются с помощью другой формы массы, называемой молярной массой или молярной массой. Молярная масса определяется как сумма атомной массы каждого атома в составе газа с массой каждого атома по сравнению с массой углерода (значение 12).
   • Поскольку атомы и молекулы настолько малы для расчета, масса газа определяется в молях. Количество молей в количестве газа можно рассчитать, разделив массу газа на его молярную массу, и обозначается буквой n.
   • Мы можем заменить любую постоянную k в уравнении газа произведением n, количества молей и новой константы R. Теперь у нас есть уравнение nR = PV / T или PV = nRT.
   • Значение R зависит от единицы измерения давления, объема и температуры газа. Если объем указан в литрах, температура - в градусах Кельвина, а давление - в атмосферах, это 0,0821 л атм / К моль. Вы также можете записать 0,0821 л атм · K · моль, чтобы избежать использования косой черты в единицах измерения.

3. 

   
   
   Закон парциального давления Дальтона. Этот закон был предложен химиком и физиком Джоном Далтоном, который впервые представил концепцию химического элемента, состоящего из атомов. Закон Дальтона гласит, что полное давление газовой смеси - это полное давление каждого газа в смеси.
   • Закон Дальтона можно записать в уравнение после P_Всего = P₁ + P₂ + P₃ ... с величиной давления P, равной количеству газов в смеси.
   • Уравнение закона Дальтона может быть разработано при работе с газами, парциальное давление которых неизвестно, но известны объем и температура. Парциальное давление газа - это давление, которое оказывает такое же количество газа в резервуаре, содержащем только его.
   • Для каждого парциального давления мы можем переписать уравнение идеального газа PV = nRT в форме, имеющей P только слева от знака равенства. Таким образом, мы должны разделить две стороны на V: PV / V = ​​nRT / V. Две буквы V в левой части удалены, наконец, остается P = nRT / V.
   • Затем замените эту формулу каждой буквой P в правой части уравнения парциального давления: P_Всего = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   рекламное объявление

Часть 2 из 3: рассчитайте парциальное давление, затем общее давление

1. 

   
   
   
   
   Определите уравнения парциального давления для поставленных задач. Чтобы проиллюстрировать этот расчет, предположим, что у нас есть 2-литровый баллон, содержащий 3 газа: азот (N₂), кислород (O₂) и диоксид углерода (CO₂). Каждый газ имеет 10 г, а температура каждого газа в баллоне составляет 37 градусов Цельсия. Нам нужно найти парциальное давление каждого газа и полное давление газовой смеси, действующей на баллон.
   • Уравнение парциального давления записывается следующим образом: P_Всего = P_Азот + P_{кислород} + P_{углекислый газ}.
   • Поскольку мы ищем давление каждого газа, мы знаем его объем, температуру и можем найти количество молей каждого газа на основе их массы, это уравнение переписывается так: P_Всего = (nRT / V) _Азот + (nRT / V) _{кислород} + (nRT / V) _{углекислый газ}

2. 

   
   
   Преобразуйте температуру в градусы Кельвина. Температура газов 37 градусов по Цельсию, поэтому мы добавляем 37 плюс 273, чтобы получить 310 градусов К.

3. 

   Найдите количество молей каждого газа в баллоне. Количество молей газа - это масса газа, деленная на его молярную массу, где молярная масса - это общая масса каждого из атомов, составляющих вещество.
   • Для первого газа азот имеет молекулярную формулу (N₂), каждый атом имеет массу 14. Поскольку молекула азота состоит из двух атомов, мы должны умножить 14 на 2, чтобы получить молекулярную массу азота 28, а затем разделить массу в граммах на 10 г. дайте 28, чтобы получить количество молей, округлите результат до примерно 0,4 молей азота.
   • Для второго газа кислород имеет молекулярную формулу (O₂), каждый атом имеет массу 16. У молекулы кислорода также есть два атома, мы должны умножить 16 на 2, чтобы получить массу молекулы кислорода 32. Деление 10 г на 32 дает приблизительный результат. 0,3 моль кислорода в баллоне.
   • Третий газ - это углекислый газ формулы (CO₂) имеется 3 атома: один атом углерода с массой 12, два атома кислорода с каждым атомом массы 16. Складываем массу трех атомов: 12 + 16 + 16 = 44 - масса. молекула. Деление 10 г на 44 дает примерно 0,2 моля диоксида углерода.

4. 

   
   
   Подставьте значения для моля, объема и температуры в уравнение. Теперь уравнение выглядит так: P_Всего = (0,4 * R * 310/2) _Азот + (0,3 * R * 310/2) _{кислород} + (0,2 * R * 310/2) _{углекислый газ}.
   • Для простоты мы опускаем единицы измерения для значений. Эти единицы будут уничтожены после того, как вы решите уравнение, оставив только единицу измерения результата в давлении.

5. 

   Заменить значение постоянной R. Мы обработаем результаты для парциального и полного давления в атмосферах, поэтому мы будем использовать значение R 0,0821 л атм / К моль. Подставляя это значение в уравнение, получаем P_Всего =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Азот + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{кислород} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{углекислый газ}.

6. 

   Рассчитайте парциальное давление каждого газа. Теперь, когда мы ввели наши ценности, следующее, что нужно сделать, - это решить эту проблему.
   • Для парциального давления азота умножьте 0,4 моль на константу 0,0821 и температуру 310 градусов К, затем разделите на 2 литра: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 атм (приблизительно).
   • Для парциального давления кислорода умножьте 0,3 моль на константу 0,0821 и температуру 310 градусов К, затем разделите на 2 литра: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 атм (прибл.).
   • Для парциального давления углекислого газа умножьте 0,2 моль на константу 0,0821 и температуру 310 градусов К, затем разделите на 2 литра: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 атм (приблизительно).
   • Теперь сложите эти давления, чтобы найти полное давление: P_Всего = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 атм (приблизительно).
   рекламное объявление

Часть 3 из 3. Рассчитайте общее давление, затем парциальное давление.

1. 

   Определите уравнение парциального давления, как указано выше. Снова предположим, что у нас есть 2-литровый баллон, содержащий 3 газа: азот (N₂), кислород (O₂) и диоксид углерода (CO₂). Каждый газ имеет 10 г, а температура каждого газа в баллоне составляет 37 градусов Цельсия.
   • Температура Кельвина по-прежнему составляет 310 градусов, и, как и выше, у нас примерно 0,4 моль азота, 0,3 моль кислорода и 0,2 моль диоксида углерода.
   • Точно так же мы вычислим результаты в атмосфере, поэтому мы будем использовать значение R 0,0821 л атм / К моль.
   • На этом этапе остается уравнение парциального давления: P_Всего =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Азот + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{кислород} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{углекислый газ}.

2. 

   Сложите количество молей каждого газа в баллоне, чтобы найти общее количество молей газовой смеси. Поскольку объемы и температура газов в цилиндре одинаковы, а молекулярная масса каждого газа также умножается на одну и ту же константу, мы можем использовать распределительное свойство математики, чтобы переписать уравнение. Процесс P_Всего = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Добавить 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 моль газовой смеси. Далее уравнение сводится к P_Всего = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Найдите полное давление газовой смеси. Возьмем 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 моль (приблизительно).

4. 

   Найдите пропорцию каждого газа, составляющего смесь. Вы разделите количество молей на газ на общее количество молей в газовой смеси.
   • У нас есть 0,4 моля азота, поэтому мы принимаем 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) в газовой смеси (приблизительно).
   • У нас есть 0,3 моля кислорода, поэтому мы берем 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) в газовой смеси (приблизительно).
   • У нас есть 0,2 моля диоксида углерода, поэтому мы берем 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) в газовой смеси (приблизительно).
   • Хотя приблизительные проценты выше в сумме составляют всего 0,99, на самом деле десятичные дроби повторяются, а сумма представляет собой серию из 9 секунд после запятой. По определению это эквивалентно 1 или 100 процентам.

5. 

   Умножьте отношение массы газа к общему давлению, чтобы найти парциальное давление.
   • Возьмем 0,44 * 11,45 = 5,04 атм (приблизительно).
   • Возьмем 0,33 * 11,45 = 3,78 атм (приблизительно).
   • Возьмем 0,22 * 11,45 = 2,52 атм (приблизительно).
   рекламное объявление

Совет

• Вы заметите небольшое расхождение между расчетом парциального давления и расчетом сначала парциального давления, а также расчетом парциального давления. Помните, что вычисленные значения являются приблизительными числами, поскольку мы округляем до 1 или 2 чисел после запятых, чтобы упростить их.Если мы воспользуемся калькулятором для выполнения вычислений без округления, отклонение между этими двумя методами будет еще меньше, даже меньше.

Предупреждение

• Для дайверов знание парциального давления газа особенно важно, поскольку оно связано с их жизнью. Слишком низкое парциальное давление кислорода может вызвать потерю сознания или смерть, а слишком высокое парциальное давление азота или кислорода может вызвать отравление.

Что вам нужно

• Ноутбук
• Справочник по атомной массе / молярной массе