Sådan beregnes delvist tryk: 14 trin (med billeder)

2024 Forfatter: Jason Gerald | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-19 22:11

"Partielt tryk" i kemi er det tryk, som hver gas i en gasblanding udøver på sine omgivelser, såsom en målekolbe, dykkerluftbeholder eller atmosfærisk grænse. Du kan beregne trykket for hver gas i en blanding, hvis du kender mængden af gas, mængden den optager og temperaturen. Deltrykket kan lægges sammen for at beregne det samlede tryk af gasblandingen. På den anden side kan det samlede tryk beregnes på forhånd for at beregne partialtrykket.

Trin

Del 1 af 3: Forstå gassenes egenskaber

Trin 1. Behandl hver gas som en "ideel" gas

I kemi er en ideel gas en gas, der interagerer med andre gasser uden at blive tiltrukket af dets molekyler. Molekyler, der er ensomme, kan støde og hoppe som billardkugler uden at deformere.

Trykket af en ideel gas stiger, når den komprimeres i et mindre rum og falder, når den ekspanderer i et større rum. Dette forhold kaldes Boyles lov skabt af Robert Boyle. Matematisk er formlen k = P x V eller forenklet til k = PV, k er en konstant, P er tryk, mens V er volumen.
Der er flere mulige enheder til tryk. En af dem er Pascal (Pa). Denne enhed er defineret som kraften af en newton påført et overfladeareal på en kvadratmeter. En anden enhed er atmosfæren (atm). Atmosfære er trykket fra Jordens atmosfære ved havets overflade. Et tryk på 1 atm svarer til 101.325 Pa.
Temperaturen i en ideel gas stiger med en stigning i volumen og falder med et fald i volumen. Dette forhold kaldes Charles 'Law skabt af videnskabsmanden Jacques Charles. Den matematiske formel er k = V / T, hvor k er volumen og temperaturkonstant, V er volumen, og T er temperaturen.
Temperaturen på gassen i denne ligning er angivet i grader Kelvin, som opnås ved at tilføje tallet 273 til gradværdien i Celsius.
De to formler ovenfor kan kombineres med en ligning: k = PV / T, som også kan skrives som PV = kT.

Trin 2. Bestem mængden af gas, der skal måles

Gasser har masse og volumen. Volumen måles normalt i liter (l), men der er to slags masse.

Konventionel masse måles i gram, men i større mængder er enheden kilogram.
Fordi gasser er meget lette, er de anvendte enheder molekylær masse eller molær masse. Molmasse er summen af de samlede atommasser af hvert atom i forbindelsen, der udgør gassen, hvert atom sammenlignet med tallet 12 for kulstof.
Da atomer og molekyler er for små til at tælle, er mængden af gas angivet i mol. Antallet af mol til stede i en given gas kan opnås ved at dividere massen med molmassen og betegnes med bogstavet n.
Konstanten K i gasligningen kan erstattes af produktet af n, antallet af mol (mol) og den nye konstant R. Nu er formlen nR = PV/T eller PV = nRT.
Værdien af R afhænger af de enheder, der bruges til at måle gasets tryk, volumen og temperatur. For volumen i liter, temperatur i Kelvin og tryk i atmosfærer er værdien 0,0821 L atm/K mol. Denne værdi kan skrives som 0,0821 L atm K^-1 muldvarp ^-1 for at undgå at bruge skråstreger til at repræsentere opdelinger i måleenheder.

Trin 3. Forstå Daltons lov om delvis tryk

Denne lov blev udviklet af kemikeren og fysikeren John Dalton, der først udviklede konceptet om, at kemiske elementer er lavet af atomer. Daltons lov siger, at det samlede tryk af en blanding af gasser er summen af trykket af de enkelte gasser i blandingen.

Daltons lov kan skrives i form af følgende formel P_{i alt} = P₁ + S₂ + S₃ … mængden af P til højre for tegnet er lig med mængden af gas i blandingen.
Daltons lovformel kan udvides ved håndtering af forskellige gasser, hvor det delvise tryk for hver gas er ukendt, men hvis volumen og temperatur er kendt. Deltrykket af en gas er lig med det tryk, der forudsætter, at gassen i denne mængde er den eneste gas i beholderen.
Til hvert partialtryk kan den ideelle gasformel bruges. I stedet for at bruge PV = nRT, kan kun P til venstre bruges. Til det er begge sider divideret med V: PV/V = nRT/V. De to V'er på højre side annullerer hinanden og efterlader P = nRT/V.
Vi kan bruge den til at erstatte hver P til højre, der repræsenterer en bestemt gas i formeltrykket: P_{i alt} = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

Del 2 af 3: Beregning af delvis tryk, derefter totaltryk

Trin 1. Bestem deltryksligningen for hver gas, du beregner

Til denne beregning antages det, at en 2 liters kolbe rummer 3 gasser: nitrogen (N₂), ilt (O₂) og kuldioxid (CO₂). Hver gas har en masse på 10 g og en temperatur på 37 grader Celsius. Vi vil beregne det partielle tryk for hver gas og det samlede tryk af gasblandingen i den kemiske kolbe.

Deltrykformlen er P_{i alt} = P_nitrogen + S_ilt + S_carbondioxid.
Da vi leder efter trykket for hver gas med et kendt volumen og temperatur, kan antallet af mol af hver gas beregnes ud fra dens masse. Formlen kan ændres til: P_{i alt} = (nRT/V) _nitrogen + (nRT/V) _ilt + (nRT/V) _carbondioxid

Trin 2. Konverter temperaturen til grader Kelvin

Temperaturen i Celsius er 37 grader, så tilføj 273 til 37 for at få 310 grader K.

Trin 3. Find antallet af mol af hver gas til stede i prøven

Antallet af mol af en gas er gasens masse divideret med dens molmasse, som er summen af atommasserne for hvert atom i blandingen.

For nitrogengas (N₂), har hvert atom en atommasse på 14. Da nitrogen er diatomisk (et to-atom-molekyle), skal værdien af 14 ganges med 2 for at opnå en molmasse på 28 for nitrogenet i denne prøve. Dernæst divideres massen i gram, 10 g, med 28 for at få antallet af mol, så resultatet er cirka 0,4 mol nitrogen.
For den næste gas, ilt (O₂), har hvert atom en atommasse på 16. Oxygen er også diatomisk, så 16 gange 2 giver iltmolens masse i prøven 32. 10 gram divideret med 32 giver cirka 0,3 mol ilt.
Næste er kuldioxid (CO₂), som har 3 atomer, nemlig et carbonatom med en atommasse på 12 og to oxygenatomer med en atommasse på 16. Disse tre atommasser tilsættes for at få molmassen: 12 + 16 + 16 = 44. Næste 10 gram divideres med 44, så resultatet er ca. 0,2 mol kuldioxid.

Trin 4. Indtast molværdier, volumen og temperatur

Tallene blev indtastet i formlen: P_{i alt} = (0, 4 * R * 310/2) _nitrogen + (0, 3 * R * 310/2) _ilt + (0, 2 * R * 310/2) _carbondioxid.

For nemheds skyld er enhederne ikke skrevet. Disse enheder vil blive slettet i de matematiske beregninger, så kun tryk -enhederne efterlades

Trin 5. Indtast værdien af konstanten R

Det samlede og delvist tryk vil blive udtrykt i atmosfæriske enheder, så den anvendte R -værdi er 0,0821 L atm/K mol. Denne værdi indtastes derefter i ligningen, så formlen er P_{i alt} =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitrogen + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _ilt + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _carbondioxid.

Trin 6. Beregn det delvise tryk for hver gas

Nu hvor alle de nødvendige værdier er tilgængelige, er det tid til at regne.

For det partielle tryk af nitrogen multipliceres 0,4 mol med en konstant på 0,0821 og en temperatur på 310 grader K, derefter divideret med 2 liter: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, cirka.
For ilt -partialtrykket multipliceres 0,3 mol med en konstant på 0,0821 og en temperatur på 310 grader K, derefter divideret med 2 liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, cirka.
For partialtrykket af kuldioxid multipliceres 0,2 mol med en konstant på 0,0821 og en temperatur på 310 grader K, derefter divideret med 2 liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, cirka.
De tre partielle tryk lægges derefter sammen for at få det samlede tryk: P_{i alt} = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 eller 11.45 atm, mere eller mindre.

Del 3 af 3: Beregning af det samlede tryk, derefter delvis

Trin 1. Bestem delvis trykformel som før

Antag igen, at en 2 liters kolbe indeholder 3 forskellige gasser: nitrogen (N₂), ilt (O₂) og kuldioxid (CO₂). Massen af hver gas er 10 gram, og temperaturen for hver gas er 37 grader C.

Temperaturen i Kelvin er stadig den samme 310 grader, og antallet af mol er cirka 0,4 mol nitrogen, 0,3 mol ilt og 0,2 mol kuldioxid.
Den trykteenhed, der bruges, er også atmosfæren, så værdien af konstanten R er 0,0821 L atm/K mol.
Så deltryksligningen er stadig den samme på dette tidspunkt: P_{i alt} =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitrogen + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _ilt + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _carbondioxid.

Trin 2. Tilføj antallet af mol af hver gas i prøven for at få det samlede antal mol af gasblandingen

Da volumen og temperatur er ens for hver gasprøve, og hver molværdi også multipliceres med den samme konstant, kan vi bruge matematikkens distributive egenskab til at omskrive ligningen som følger:_{i alt} = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Gør summerne: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gasblanding. Ligningen vil være enklere, nemlig P_{i alt} = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Trin 3. Beregn det samlede tryk af gasblandingen

Gør multiplikationen: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, mere eller mindre.

Trin 4. Beregn andelen af hver gas, der udgør blandingen

For at beregne andelen af hver gas i blandingen divideres antallet af mol af hver gas med det samlede antal mol.

Der er 0,4 mol nitrogen, så 0,4/0,9 = 0,44 (44 procent) prøve, mere eller mindre.
Der er 0,3 mol nitrogen, så 0,3/0,9 = 0,33 (33 procent) af prøven, mere eller mindre.
Der er 0,2 mol kuldioxid, så 0,2/0,9 = 0,22 (22 procent) af prøven, mere eller mindre.
Selvom den estimerede procentvise beregning ovenfor returnerer 0,99, gentager den faktiske decimalværdi sig selv. Det betyder, at efter decimalpunktet er tallet 9, som gentager sig selv. Per definition er denne værdi lig med 1 eller 100 procent.