Cum se calculează presiunea parțială: 14 pași (cu imagini)

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-19 22:14

„Presiunea parțială” în chimie este presiunea pe care fiecare gaz dintr-un amestec de gaze o exercită asupra împrejurimilor sale, cum ar fi un balon volumetric, rezervor de aer pentru scufundări sau limita atmosferică. Puteți calcula presiunea fiecărui gaz dintr-un amestec dacă știți cantitatea de gaz, volumul pe care îl ocupă și temperatura. Presiunile parțiale pot fi adăugate împreună pentru a calcula presiunea totală a amestecului de gaze. Pe de altă parte, presiunea totală poate fi calculată în avans pentru a calcula presiunea parțială.

Etapa

Partea 1 din 3: Înțelegerea proprietăților gazelor

Pasul 1. Tratați fiecare gaz ca un gaz „ideal”

În chimie, un gaz ideal este un gaz care interacționează cu alte gaze fără a fi atras de moleculele sale. Moleculele solitare se pot ciocni și sări ca bilele de biliard fără să se deformeze.

Presiunea unui gaz ideal crește atunci când este comprimat într-un spațiu mai mic și scade când se extinde într-un spațiu mai mare. Această relație se numește Legea lui Boyle creată de Robert Boyle. Matematic, formula este k = P x V sau simplificată la k = PV, k este o constantă, P este presiune, în timp ce V este volum.
Există mai multe unități posibile pentru presiune. Unul dintre ei este Pascal (Pa). Această unitate este definită ca forța unui newton aplicată pe o suprafață de un metru pătrat. O altă unitate este atmosfera (atm). Atmosfera este presiunea atmosferei Pământului la nivelul mării. O presiune de 1 atm este echivalentă cu 101.325 Pa.
Temperatura unui gaz ideal crește odată cu creșterea volumului și scade odată cu scăderea volumului. Această relație se numește Legea lui Charles creată de omul de știință Jacques Charles. Formula matematică este k = V / T, unde k este constanta de volum și temperatură, V este volumul și T este temperatura.
Temperatura gazului din această ecuație este dată în grade Kelvin, care se obține prin adăugarea numărului 273 la valoarea gradului în Celsius.
Cele două formule de mai sus pot fi combinate cu o ecuație: k = PV / T, care poate fi scrisă și ca PV = kT.

Pasul 2. Determinați cantitatea de gaz care trebuie măsurată

Gazele au masă și volum. Volumul este de obicei măsurat în litri (l), dar există două tipuri de masă.

Masa convențională este măsurată în grame, dar în cantități mai mari unitatea este în kilograme.
Deoarece gazele sunt foarte ușoare, unitățile utilizate sunt masa moleculară sau masa molară. Masa molară este suma maselor atomice totale ale fiecărui atom din compusul care alcătuiește gazul, fiecare atom în comparație cu numărul 12 pentru carbon.
Deoarece atomii și moleculele sunt prea mici pentru a fi numărate, cantitatea de gaz este specificată în moli. Numărul de moli prezenți într-un gaz dat poate fi obținut prin împărțirea masei la masa molară și notată cu litera n.
Constanta K din ecuația gazului poate fi înlocuită cu produsul lui n, numărul de moli (moli) și noua constantă R. Acum formula este nR = PV / T sau PV = nRT.
Valoarea lui R depinde de unitățile utilizate pentru a măsura presiunea, volumul și temperatura gazului. Pentru volum în litri, temperatura în Kelvin și presiunea în atmosfere, valoarea este de 0,0821 L atm / K mol. Această valoare poate fi scrisă ca 0,0821 L atm K^-1 cârtiță ^-1 pentru a evita utilizarea barelor oblice pentru a reprezenta diviziuni în unități de măsură.

Pasul 3. Înțelegeți legea presiunii parțiale a lui Dalton

Această lege a fost elaborată de chimistul și fizicianul John Dalton, care a dezvoltat mai întâi conceptul că elementele chimice sunt formate din atomi. Legea lui Dalton afirmă că presiunea totală a unui amestec de gaze este suma presiunilor gazelor individuale din amestec..

Legea lui Dalton poate fi scrisă sub forma următoarei formule P_total = P₁ + P₂ + P₃ … Cantitatea de P din dreapta semnului este egală cu cantitatea de gaz din amestec.
Formula legii lui Dalton poate fi extinsă atunci când se tratează diferite gaze în care presiunea parțială a fiecărui gaz este necunoscută, dar al cărei volum și temperatură sunt cunoscute. Presiunea parțială a unui gaz este egală cu presiunea care presupune că gazul din acea cantitate este singurul gaz din container.
Pentru fiecare presiune parțială se poate utiliza formula gazului ideal. În loc să utilizați PV = nRT, numai P din stânga poate fi folosit. Pentru aceasta, ambele părți sunt împărțite la V: PV / V = nRT / V. Cele două V-uri din partea dreaptă se anulează reciproc, lăsând P = nRT / V.
Îl putem folosi pentru a înlocui fiecare P din dreapta care reprezintă un anumit gaz în formula presiunii parțiale: P_total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …

Partea 2 din 3: Calcularea presiunii parțiale, apoi a presiunii totale

Pasul 1. Determinați ecuația presiunii parțiale pentru fiecare gaz pe care îl calculați

Pentru acest calcul, se presupune că un balon de 2 litri conține 3 gaze: azot (N₂), oxigen (O₂) și dioxid de carbon (CO₂). Fiecare gaz are o masă de 10 g și o temperatură de 37 de grade Celsius. Vom calcula presiunea parțială a fiecărui gaz și presiunea totală a amestecului de gaze din balonul chimic.

Formula presiunii parțiale este P_total = P_azot + P_oxigen + P_{dioxid de carbon}.
Deoarece căutăm presiunea pentru fiecare gaz cu un volum și o temperatură cunoscute, numărul de moli din fiecare gaz poate fi calculat pe baza masei sale. Formula poate fi schimbată în: P_total = (nRT / V) _azot + (nRT / V) _oxigen + (nRT / V) _{dioxid de carbon}

Pasul 2. Convertiți temperatura în grade Kelvin

Temperatura în grade Celsius este de 37 de grade, deci adăugați 273 până la 37 pentru a obține 310 grade K.

Pasul 3. Găsiți numărul de moli din fiecare gaz prezent în probă

Numărul de moli ai unui gaz este masa gazului împărțită la masa sa molară, care este suma maselor atomice ale fiecărui atom din amestec.

Pentru azot gazos (N₂), fiecare atom are o masă atomică de 14. Deoarece azotul este diatomic (o moleculă cu doi atomi), valoarea lui 14 trebuie înmulțită cu 2 pentru a obține o masă molară de 28 pentru azotul din această probă. Apoi, masa în grame, 10g, este împărțită la 28, pentru a obține numărul de moli, deci rezultatul este de aproximativ 0,4 moli de azot.
Pentru următorul gaz, oxigenul (O₂), fiecare atom are o masă atomică de 16. Oxigenul este și diatomic, deci de 16 ori 2 se obține masa molară de oxigen din eșantion 32. 10 grame împărțite la 32 dau aproximativ 0,3 moli de oxigen.
Urmează dioxidul de carbon (CO₂), care are 3 atomi, și anume un atom de carbon cu o masă atomică de 12 și doi atomi de oxigen cu o masă atomică de 16. Aceste trei mase atomice sunt adăugate pentru a obține masa molară: 12 + 16 + 16 = 44. Următoarele 10 grame sunt împărțite la 44, astfel încât rezultatul este de aproximativ 0,2 moli de dioxid de carbon.

Pasul 4. Introduceți valorile alunite, volumul și temperatura

Numerele au fost introduse în formula: P_total = (0, 4 * R * 310/2) _azot + (0, 3 * R * 310/2) _oxigen + (0, 2 * R * 310/2) _{dioxid de carbon}.

Pentru simplitate, unitățile nu sunt scrise. Aceste unități vor fi șterse în calculele matematice, lăsând doar unitățile de presiune

Pasul 5. Introduceți valoarea constantei R

Presiunile totale și parțiale vor fi exprimate în unități atmosferice, astfel încât valoarea R utilizată este de 0,0821 L atm / K mol. Această valoare este apoi introdusă în ecuație, astfel încât formula să fie P_total =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _azot + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oxigen + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{dioxid de carbon}.

Pasul 6. Calculați presiunile parțiale pentru fiecare gaz

Acum că toate valorile necesare sunt disponibile, este timpul să faceți calculele.

Pentru presiunea parțială a azotului, 0,4 moli se înmulțește cu o constantă de 0,0821 și o temperatură de 310 grade K, apoi împărțită la 2 litri: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, aproximativ.
Pentru presiunea parțială a oxigenului, 0,3 moli se înmulțește cu o constantă de 0,0821 și o temperatură de 310 grade K, apoi împărțită la 2 litri: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, aproximativ.
Pentru presiunea parțială a dioxidului de carbon, 0,2 moli se înmulțesc cu o constantă de 0,0821 și o temperatură de 310 grade K, apoi împărțită la 2 litri: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, aproximativ.
Cele trei presiuni parțiale sunt apoi adăugate pentru a obține presiunea totală: P_total = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 sau 11.45 atm, mai mult sau mai puțin.

Partea 3 din 3: Calcularea presiunii totale, apoi parțială

Pasul 1. Determinați formula presiunii parțiale ca înainte

Din nou, să presupunem că un balon de 2 litri conține 3 gaze diferite: azot (N₂), oxigen (O₂) și dioxid de carbon (CO₂). Masa fiecărui gaz este de 10 grame, iar temperatura fiecăruia este de 37 grade C.

Temperatura în Kelvin este încă aceeași de 310 grade, iar numărul de moli este de aproximativ 0,4 moli de azot, 0,3 moli de oxigen și 0,2 moli de dioxid de carbon.
Unitatea de presiune utilizată este și atmosfera, astfel încât valoarea constantei R este de 0,0821 L atm / K mol.
Deci ecuația presiunii parțiale este încă aceeași în acest moment: P_total =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _azot + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oxigen + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{dioxid de carbon}.

Pasul 2. Adăugați numărul de moli din fiecare gaz din probă pentru a obține numărul total de moli ai amestecului de gaze

Deoarece volumul și temperatura sunt aceleași pentru fiecare probă de gaz și fiecare valoare molară este, de asemenea, înmulțită cu aceeași constantă, putem folosi proprietatea distributivă a matematicii pentru a rescrie ecuația după cum urmează:_total = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Faceți sumele: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 moli de amestec de gaze. Ecuația va fi mai simplă, și anume P_total = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Pasul 3. Calculați presiunea totală a amestecului de gaze

Faceți multiplicarea: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 moli, mai mult sau mai puțin.

Pasul 4. Calculați proporția fiecărui gaz care alcătuiește amestecul

Pentru a calcula proporția fiecărui gaz din amestec, împărțiți numărul de moli din fiecare gaz la numărul total de moli.

Există 0,4 moli de azot, deci 0,4 / 0,9 = 0,44 (44 la sută) eșantion, mai mult sau mai puțin.
Există 0,3 moli de azot, deci 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) din eșantion, mai mult sau mai puțin.
Există 0,2 moli de dioxid de carbon, deci 0,2 / 0,9 = 0,22 (22 la sută) din probă, mai mult sau mai puțin.
Deși calculul procentual estimat de mai sus returnează 0,99, valoarea zecimală reală se repetă. Aceasta înseamnă că după punctul zecimal numărul este 9, care se repetă. Prin definiție, această valoare este egală cu 1 sau 100%.

Pasul 5. Înmulțiți proporția cantității fiecărui gaz cu presiunea totală pentru a calcula presiunea parțială

Înmulțiți 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, mai mult sau mai puțin.
Înmulțiți 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, mai mult sau mai puțin.
Înmulțiți 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, mai mult sau mai puțin.

sfaturi

Există o ușoară diferență de valoare între calcularea mai întâi a presiunii parțiale și apoi a presiunii totale și calcularea mai întâi a presiunii totale și apoi a presiunii parțiale. Rețineți că valorile date mai sus sunt exprimate ca valori aproximative datorate rotunjirii la 1 sau 2 zecimale pentru o înțelegere mai ușoară. Dacă calculele s-ar face singur cu un calculator și fără rotunjire, ar exista mai puțină diferență între cele două metode sau nicio diferență deloc