„Dalinis slėgis“chemijoje yra slėgis, kurį kiekviena dujų mišinio dujos daro aplinkai, pvz., Matavimo kolbai, nardymo oro bakui ar atmosferos ribai. Kiekvieno mišinio dujų slėgį galite apskaičiuoti, jei žinote dujų kiekį, jų tūrį ir temperatūrą. Dalinį slėgį galima sudėti, kad būtų apskaičiuotas bendras dujų mišinio slėgis. Kita vertus, bendrą slėgį galima apskaičiuoti iš anksto, kad būtų galima apskaičiuoti dalinį slėgį.
Žingsnis
1 dalis iš 3: Dujų savybių supratimas
Žingsnis 1. Kiekvieną dują laikykite „idealiomis“dujomis
Chemijoje idealios dujos yra dujos, sąveikaujančios su kitomis dujomis, nepatraukdamos savo molekulių. Vienišos molekulės gali atsitrenkti ir atšokti kaip biliardo kamuoliukai, nesideformuojantys.
- Idealių dujų slėgis padidėja, kai jos suspaudžiamos mažesnėje erdvėje, ir sumažėja, kai jos išsiplečia didesnėje erdvėje. Šie santykiai vadinami Boyle'o įstatymu, kurį sukūrė Robertas Boyle'as. Matematiškai formulė yra k = P x V arba supaprastinta iki k = PV, k yra konstanta, P yra slėgis, o V yra tūris.
- Yra keletas galimų slėgio vienetų. Vienas iš jų yra Pascal (Pa). Šis vienetas apibrėžiamas kaip vieno niutono jėga, veikianti vieno kvadratinio metro paviršiaus plote. Kitas vienetas yra atmosfera (atm). Atmosfera yra Žemės atmosferos slėgis jūros lygyje. 1 atm slėgis yra lygus 101 325 Pa.
- Idealių dujų temperatūra kyla didėjant tūriui ir mažėja mažėjant tūriui. Šie santykiai vadinami Karolio įstatymu, kurį sukūrė mokslininkas Jacquesas Charlesas. Matematinė formulė yra k = V / T, kur k yra tūrio ir temperatūros konstanta, V yra tūris, o T yra temperatūra.
- Dujų temperatūra šioje lygtyje pateikiama Kelvino laipsniais, kuri gaunama pridedant skaičių 273 prie Celsijaus laipsnių vertės.
- Abi aukščiau pateiktas formules galima sujungti su viena lygtimi: k = PV / T, kuri taip pat gali būti parašyta kaip PV = kT.
2 žingsnis. Nustatykite išmatuotų dujų kiekį
Dujos turi masę ir tūrį. Tūris paprastai matuojamas litrais (l), tačiau yra dviejų rūšių masė.
- Įprasta masė matuojama gramais, tačiau didesniais kiekiais vienetas yra kilogramas.
- Kadangi dujos yra labai lengvos, naudojami vienetai yra molekulinė masė arba molinė masė. Molinė masė yra kiekvieno junginio, sudarančio dujas, kiekvieno atomo visų atominių masių suma, kiekvienas atomas, palyginti su anglies skaičiumi 12.
- Kadangi atomai ir molekulės yra per maži suskaičiuoti, dujų kiekis nurodomas moliais. Tam tikrų dujų molių skaičių galima gauti padalijus masę iš molinės masės ir žymint raide n.
- Dujų lygties konstantą K galima pakeisti sandauga n, molių (molių) skaičiumi ir nauja konstanta R. Dabar formulė nR = PV/T arba PV = nRT.
- R vertė priklauso nuo vienetų, naudojamų dujų slėgiui, tūriui ir temperatūrai matuoti. Tūris litrais, temperatūra Kelvinu ir slėgis atmosferose yra 0,0821 L atm/K mol. Šią vertę galima užrašyti kaip 0,0821 L atm K-1 kurmis -1 kad nenaudotumėte brūkšnių, skirtų padalijimams matavimo vienetais pavaizduoti.
Žingsnis 3. Supraskite Daltono dalinio slėgio dėsnį
Šį įstatymą sukūrė chemikas ir fizikas Johnas Daltonas, kuris pirmą kartą sukūrė koncepciją, kad cheminiai elementai yra sudaryti iš atomų. Daltono įstatymas teigia, kad bendras dujų mišinio slėgis yra atskirų mišinyje esančių dujų slėgio suma.
- Daltono dėsnis gali būti parašytas tokios formulės P formaviso = P.1 + P.2 + P.3 … P kiekis ženklo dešinėje yra lygus dujų kiekiui mišinyje.
- Daltono dėsnio formulę galima išplėsti dirbant su įvairiomis dujomis, kurių dalinis slėgis nėra žinomas, tačiau kurių tūris ir temperatūra yra žinomos. Dalinis dujų slėgis yra lygus slėgiui, kuris suponuoja, kad tokio kiekio dujos yra vienintelės talpykloje esančios dujos.
- Kiekvienam daliniam slėgiui galima naudoti idealių dujų formulę. Vietoj PV = nRT galima naudoti tik P kairėje. Tam abi pusės yra padalintos iš V: PV/V = nRT/V. Du Vs dešinėje pusėje atšaukia vienas kitą, palikdami P = nRT/V.
- Mes galime jį naudoti, kad pakeistume kiekvieną P dešinėje, kuris yra tam tikros dujos dalinio slėgio formulėje: Pviso = (nRT/V) 1 + (nRT/V) 2 + (nRT/V) 3 …
2 dalis iš 3: Dalinio slėgio, tada bendro slėgio apskaičiavimas
Žingsnis 1. Nustatykite dalinio slėgio lygtį kiekvienoms apskaičiuojamoms dujoms
Atliekant šį skaičiavimą daroma prielaida, kad 2 litrų kolboje yra 3 dujos: azotas (N2), deguonis (O.2) ir anglies dioksidas (CO2). Kiekvieno dujų masė yra 10 g, o temperatūra - 37 laipsniai Celsijaus. Apskaičiuosime dalinį kiekvieno dujų slėgį ir bendrą dujų mišinio slėgį cheminėje kolboje.
- Dalinio slėgio formulė yra Pviso = P.azoto + P.deguonies + P.anglies dioksidas.
- Kadangi mes ieškome kiekvienos žinomo tūrio ir temperatūros dujų slėgio, kiekvienos dujų molių skaičių galima apskaičiuoti pagal jų masę. Formulę galima pakeisti į: Pviso = (nRT/V) azoto + (nRT/V) deguonies + (nRT/V) anglies dioksidas
Žingsnis 2. Konvertuokite temperatūrą į Kelvino laipsnius
Temperatūra pagal Celsijų yra 37 laipsniai, todėl pridėkite 273–37, kad gautumėte 310 laipsnių K.
Žingsnis 3. Raskite kiekviename mėginyje esančių dujų molių skaičių
Dujų molių skaičius yra dujų masė, padalyta iš jų molinės masės, kuri yra kiekvieno mišinio atomo atominių masių suma.
- Azoto dujoms (N.2), kiekvieno atomo atominė masė yra 14. Kadangi azotas yra diatominis (dviejų atomų molekulė), 14 vertė turi būti padauginta iš 2, kad būtų gauta 28 šio bandinio azoto molinė masė. Toliau masė gramais, 10 g, padalijama iš 28, kad būtų gautas molių skaičius, taigi gaunama apie 0,4 molio azoto.
- Kitoms dujoms - deguonis (O2), kiekvieno atomo atominė masė yra 16. Deguonis taip pat yra diatominis, todėl 16 kartų 2 suteikia deguonies molinę masę mėginyje 32. 10 gramų padalijus iš 32, gaunama maždaug 0,3 molio deguonies.
- Kitas yra anglies dioksidas (CO2), kuris turi 3 atomus, būtent vieną anglies atomą, kurio atominė masė yra 12, ir du deguonies atomus, kurių atominė masė yra 16. Šios trys atominės masės pridedamos, kad gautų molinę masę: 12 + 16 + 16 = 44. Kiti 10 gramų yra padalijami iš 44, todėl gaunama apie 0,2 molio anglies dioksido.
Žingsnis 4. Įveskite apgamų reikšmes, tūrį ir temperatūrą
Skaičiai buvo įvesti į formulę: P.viso = (0, 4 * R * 310/2) azoto + (0, 3 * R * 310/2) deguonies + (0, 2 * R * 310/2) anglies dioksidas.
Paprastumo dėlei vienetai nerašomi. Šie vienetai bus ištrinti atliekant matematinius skaičiavimus, paliekant tik slėgio vienetus
5 veiksmas. Įveskite konstantos R reikšmę
Bendras ir dalinis slėgis bus išreikštas atmosferos vienetais, todėl naudojama R vertė yra 0,0821 L atm/K mol. Tada ši vertė įvedama į lygtį, kad formulė būtų Pviso =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) azoto + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) deguonies + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) anglies dioksidas.
Žingsnis 6. Apskaičiuokite dalinį kiekvieno dujų slėgį
Dabar, kai visos reikalingos vertės yra prieinamos, laikas atlikti skaičiavimus.
- Daliniam azoto slėgiui 0,4 molio padauginama iš 0,0821 konstantos ir 310 laipsnių K temperatūros, tada padalijama iš 2 litrų: maždaug 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm.
- Daliniam deguonies slėgiui 0,3 molio padauginama iš 0,0821 konstantos ir 310 laipsnių K temperatūros, tada padalijama iš 2 litrų: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm.
- Daliniam anglies dioksido slėgiui 0,2 molio padauginama iš 0,0821 konstantos ir 310 laipsnių K temperatūros, tada padalijama iš 2 litrų: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm.
- Tada trys daliniai slėgiai sudedami, kad būtų gautas bendras slėgis: Pviso = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 arba 11,45 atm, daugiau ar mažiau.
3 dalis iš 3: bendro slėgio apskaičiavimas, tada dalinis
Žingsnis 1. Nustatykite dalinio slėgio formulę, kaip ir anksčiau
Dar kartą tarkime, kad 2 litrų kolboje yra 3 skirtingos dujos: azotas (N2), deguonis (O.2) ir anglies dioksidas (CO2). Kiekvieno dujų masė yra 10 gramų, o visų temperatūra - 37 laipsniai.
- Kelvino temperatūra išlieka ta pati 310 laipsnių, o molių skaičius yra maždaug 0,4 molio azoto, 0,3 molio deguonies ir 0,2 molio anglies dioksido.
- Naudojamas slėgio vienetas taip pat yra atmosfera, todėl konstantos R vertė yra 0,0821 L atm/K mol.
- Taigi dalinio slėgio lygtis šiuo metu vis dar yra ta pati: Pviso =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) azoto + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) deguonies + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) anglies dioksidas.
Žingsnis 2. Įtraukite kiekvieno mėginio dujų molių skaičių, kad gautumėte bendrą dujų mišinio molių skaičių
Kadangi kiekvieno dujų mėginio tūris ir temperatūra yra vienodi, o kiekviena molinė vertė taip pat padauginama iš tos pačios konstantos, mes galime naudoti matematikos paskirstomąją savybę, kad perrašytume lygtį taip:viso = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.
Padarykite sumas: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol dujų mišinio. Lygtis bus paprastesnė, būtent P.viso = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.
Žingsnis 3. Apskaičiuokite bendrą dujų mišinio slėgį
Padarykite dauginimą: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 molio, daugiau ar mažiau.
4 žingsnis. Apskaičiuokite mišinį sudarančių dujų dalį
Norėdami apskaičiuoti kiekvienos dujų dalį mišinyje, padalinkite kiekvienos dujų molių skaičių iš bendro molių skaičiaus.
- Azoto yra 0,4 molio, taigi 0,4/0,9 = 0,44 (44 proc.) Mėginio, daugiau ar mažiau.
- Azoto yra 0,3 molio, taigi 0,3/0,9 = 0,33 (33 proc.) Mėginio, daugiau ar mažiau.
- Anglies dioksido yra 0,2 molio, taigi 0,2/0,9 = 0,22 (22 proc.) Mėginio, daugiau ar mažiau.
- Nors apskaičiuotas procentinis skaičiavimas pateikia 0,99, faktinė dešimtainė vertė kartojasi. Tai reiškia, kad po kablelio skaičius yra 9, kuris kartojasi. Pagal apibrėžimą ši vertė yra lygi 1 arba 100 procentų.
Žingsnis 5. Padauginkite kiekvieno dujų kiekio dalį iš bendro slėgio, kad apskaičiuotumėte dalinį slėgį
- Padauginkite 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, daugiau ar mažiau.
- Padauginkite 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, daugiau ar mažiau.
- Padauginkite 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, daugiau ar mažiau.
