Turinys

• Žingsniai
• Patarimai
• Įspėjimai
• Būtinos medžiagos

Chemijoje „dalinis slėgis“ reiškia slėgį, kurį visos dujų mišinyje esančios dujos veikia aplinkui, pvz., Buteliuko mėginį, nardymo oro rezervuarą ar atmosferos ribas. Kiekvieno mišinio dujų slėgį galite apskaičiuoti, jei žinote, kiek jų yra, kokį tūrį jie užima ir kokią temperatūrą. Tada galite pridėti šiuos dalinius slėgius, kad surastumėte bendrą dujų mišinio slėgį, arba pirmiausia galite rasti bendrą slėgį ir tada rasti dalinį slėgį.

Žingsniai

1 dalis iš 3: Dujų savybių supratimas

1. 

   Kiekvienas dujas traktuokite kaip „idealias“ dujas. Chemijoje idealios yra tos, kurios sąveikauja su kitomis dujomis, netraukdamos savo molekulių. Atskiros molekulės gali atsitrenkti viena į kitą ir atšokti kaip biliardo kamuoliukai, jokiu būdu nesideformuodamos.
   • Idealus dujų slėgis didėja, kai jos suspaustos į mažesnes erdves, ir mažėja plečiantis į didesnes sritis. Šie santykiai Roberto Boyle'o vardu vadinami Boyle'o dėsniu. Matematiškai jis apibūdinamas kaip k = P x V arba, paprasčiau sakant, k = PV, kur k reiškia pastovų ryšį, P reiškia slėgį ir V reiškia tūrį.
   • Slėgį galima nustatyti naudojant vieną iš kelių galimų vienetų. Vienas iš jų yra Paskalis (Pa), apibrėžiamas kaip Niutono jėga, taikoma kvadratiniam metrui. Kita yra atmosfera (atm), apibrėžta kaip Žemės atmosferos slėgis jūros lygyje. 1 atm slėgis yra lygus 101 325 Pa.
   • Ideali dujų temperatūra didėja didėjant ir mažėjant tūriams. Šis ryšys vadinamas Jacques'o Charleso Charleso dėsniu ir matematiškai apibūdinamas kaip k = V / t, kur k reiškia santykį tarp pastovaus tūrio ir temperatūros, V vėl reiškia tūrį, o T - temperatūrą.
   • Dujų temperatūra šioje lygtyje nurodoma Kelvino laipsniais, kuri nustatoma pridėjus 273 prie dujų temperatūros laipsnių skaičiaus.
   • Šiuos du ryšius galima sujungti į vieną lygtį: k = PV / T, kuri taip pat gali būti parašyta kaip PV = kT.

2. 

   
   
   Apibrėžkite, kokiais kiekiais matuojamos dujos. Dujos turi masę ir tūrį. Tūris paprastai matuojamas litrais (l), tačiau yra dviejų rūšių masė.
   • Įprastinė masė matuojama gramais arba, jei masė yra pakankamai didelė, kilogramais.
   • Dėl dujų lengvumo jos taip pat matuojamos kita masės forma, vadinama molekuline arba moline mase. Molinė masė apibrėžiama kaip kiekvieno junginio, iš kurio susidaro dujos, atomo masės suma, palyginti su kiekvieno anglies 12 atomu.
   • Kadangi atomai ir molekulės yra per maži darbui, dujų kiekiai yra apibrėžti moliais. Tam tikrose dujose esančių molių skaičių galima nustatyti dalijant masę iš molinės masės ir jį galima žymėti raide n.
   • Savavališką konstantą k dujų lygtyje galime pakeisti n sandauga, molių skaičiumi (mol) ir nauja konstanta R. Dabar lygtį galima parašyti nR = PV / T arba PV = nRT.
   • R vertė priklauso nuo vienetų, naudojamų dujų slėgiui, tūriams ir temperatūrai matuoti. Norint nustatyti tūrį litrais, temperatūrą Kelvine ir slėgį atmosferose, jo vertė yra 0,0821 L.atm / K.mol. Tai taip pat gali būti parašyta L 0,0821 atm K mol, kad būtų išvengta matavimo vienetų juostos padalijimo.

3. 

   
   
   Supraskite Daltono dalinio slėgio dėsnį. Sukurtas chemiko ir fiziko Johno Daltono, kuris pirmiausia išplėtojo cheminių elementų, sudaromų iš atomų, sampratą, Daltono įstatymas teigia, kad bendras dujų mišinio slėgis yra kiekvienos mišinyje esančių dujų slėgio suma.
   • Daltono dėsnis gali būti parašytas kaip lygtis kaip P _viso = P₁ + P₂ + P₃... su tiek lygybės ženklų po lygybės ženklu, kiek mišinyje yra dujų.
   • Daltono dėsnio lygtį galima išplėsti dirbant su dujomis, kurių individualus dalinis slėgis nežinomas, tačiau kurių tūris ir temperatūra yra žinomi. Dalinis dujų slėgis yra tas pats slėgis, jei tas pats dujų kiekis buvo vienintelės dujos talpykloje.
   • Kiekvienam daliniam slėgiui galime perrašyti idealią dujų lygtį taip, kad vietoj formulės PV = nRT kairėje lygybės pusėje galėtume turėti tik P. Norėdami tai padaryti, mes padalijame abi puses iš V: PV / V = ​​nRT / V. Dvi kairėje pusėje esančios V pašalina viena kitą, palikdamos P = nRT / V.
   • Tada galime pakeisti kiekvieną P, pasirašytą dešinėje dalinio slėgio lygties pusėje: P_viso = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

2 dalis iš 3: Dalinio slėgio ir tada viso slėgio apskaičiavimas

1. 

   
   
   
   
   Apibrėžkite dujų, su kuriomis dirbate, dalinio slėgio lygtį. Atlikdami šį skaičiavimą, laikysime 2 litrų balioną, kuriame telpa trys dujos: azotas (N₂), deguonis (O₂) ir anglies dioksidas (CO₂). Kiekvienoje iš jų yra 10 g dujų, o kiekvienos iš jų temperatūra kolboje yra 37 ° C. Turime rasti dalinį kiekvienų dujų slėgį ir bendrą slėgį, kurį mišinys daro ant indo.
   • Mūsų dalinio slėgio lygtis tampa P _viso = P _azoto + P _deguonies + P _{anglies dvideginis} .
   • Kadangi bandome rasti slėgį, kurį sukelia kiekvienos dujos, žinome tūrį ir temperatūrą ir galime sužinoti, kiek molių yra kiekvienos dujos, atsižvelgiant į masę, galime šią lygtį perrašyti taip: P_viso = (nRT / V) _azoto + (nRT / V) _deguonies + (nRT / V) _{anglies dvideginis}

2. 

   
   
   Konvertuokite temperatūrą į Kelviną. Temperatūra yra 37º Celsijaus, todėl pridėkite 273–37, kad gautumėte 310 K.

3. 

   Raskite kiekvienos mėginyje esančių dujų apgamų skaičių. Dujų molių skaičius yra dujų masė, padalyta iš molinės masės, kuri, pasak mūsų, yra kiekvieno junginio atomo masės suma.
   • Pirmosioms dujoms azotas (N₂), kiekvieno atomo atominė masė yra 14. Kadangi azotas yra diatominis (molekulinė dviejų atomų forma), turime padauginti 14 iš 2, kad nustatytume, jog mūsų mėginyje esančio azoto molinė masė yra 28. Tada padalykite masę gramais, 10 g, iki 28, kad gautume apgamų skaičių, kurį priartinsime iki 0,4 mol azoto.
   • Antrosioms dujoms deguonis (O₂), kiekvieno atomo atominė masė yra 16. Deguonis taip pat yra diatominis, todėl padauginkite 16 iš 2, kad nustatytumėte, jog mūsų mėginyje esančios deguonies molinė masė yra 32. Padalinus 10 g iš 32, mūsų organizme gaunama maždaug 0,3 mol deguonies. pavyzdys.
   • Trečiosios dujos, anglies dioksidas (CO₂), turi 3 atomus: vieną anglį, kurio atominė masė yra 12; ir du deguonys, kurių kiekvieno atominė masė yra 16. Pridedame tris svorius: 12 + 16 + 16 = 44 molinei masei. Padalinus 10 g iš 44 gauname maždaug 0,2 mol anglies dioksido.

4. 

   
   
   Vertes pakeiskite apgamais, tūriu ir temperatūra. Mūsų lygtis dabar atrodo taip: P_viso = (0,4 * R * 310/2) _azoto + (0,3 * R 310/2) _deguonies + (0,2 * R * 310/2) _{anglies dvideginis}.
   • Paprastumo dėlei mes palikome matavimo vienetus, kurie lydi vertes. Šie matavimo vienetai bus atšaukti atlikus matematiką, paliekant tik matavimo vienetą, kurį naudojame pranešdami apie slėgį.

5. 

   Pakeiskite pastoviosios R vertę. Rasime dalinį ir bendrą slėgį atmosferose, todėl naudosime R vertę 0,0821 atm L / K.mol. Pakeitus reikšmę lygtyje, dabar gauname P_viso =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _azoto + (0,3 *0,0821 * 310/2) _deguonies + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{anglies dvideginis} .

6. 

   Apskaičiuokite kiekvienų dujų dalinius slėgius. Dabar, kai turime vertes, atėjo laikas atlikti matematiką.
   • Daliniam azoto slėgiui padauginame 0,4 mol iš mūsų 0,0821 konstantos ir 310 K temperatūros, tada padalijame iš 2 litrų: maždaug 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm.
   • Daliniam deguonies slėgiui mes padauginame 0,3 mol iš mūsų 0,0821 konstantos ir 310 K temperatūros, tada padalijame iš 2 litrų: maždaug 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm.
   • Daliniam anglies dioksido slėgiui mes padauginame 0,2 mol iš mūsų 0,0821 konstantos ir 310 K temperatūros, tada padalijame iš 2 litrų: apytiksliai 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm.
   • Dabar mes pridedame šiuos slėgius, kad rastume bendrą slėgį: P_viso = 5,09 + 3,82 + 2,54, arba maždaug 11,45 atm.

3 dalis iš 3: Bendrojo slėgio ir tada dalinio slėgio apskaičiavimas

1. 

   Apibrėžkite dalinio slėgio lygtį kaip ir anksčiau. Dar kartą manome, kad 2 litrų kolboje yra 3 dujos: azotas (N₂), deguonis (O₂) ir anglies dioksidas (CO₂). Kiekvienoje iš jų yra 10 g dujų, o kiekvienos dujų temperatūra yra 37 laipsniai Celsijaus.
   • Temperatūra Kelvine vis tiek bus 310, ir, kaip ir anksčiau, mes turime apie 0,4 mol azoto, 0,3 mol deguonies ir 0,2 mol anglies dioksido.
   • Taip pat atmosferose vis tiek rasime slėgį, todėl pastovioms R naudosime 0,0821 atm L / K.mol vertę.
   • Taigi, mūsų dalinio slėgio lygtis šiuo metu vis dar atrodo ta pati: P_viso =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _azoto + (0,3 *0,0821 * 310/2) _deguonies + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{anglies dvideginis}.

2. 

   Pridėkite kiekvienos mėginyje esančių dujų molių skaičių, kad rastumėte bendrą dujų mišinio molių skaičių. Kadangi kiekvieno dujų mėginio tūris ir temperatūra yra vienodi, jau nekalbant apie tai, kad kiekviena molinė vertė padauginama iš tos pačios konstantos, matematikos skirstomąją savybę galime naudoti lygtį perrašyti kaip P_viso = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Pridedama 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol dujų mišinio. Tai dar labiau supaprastina P lygtį _viso = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Apskaičiuokite bendrą dujų mišinio slėgį. Apytiksliai padauginus 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol.

4. 

   Raskite kiekvienos dujos proporciją bendrame mišinyje. Norėdami tai padaryti, padalykite kiekvienos dujų apgamų skaičių iš bendro molių skaičiaus.
   • Azoto yra 0,4 mol, taigi apytiksliai 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) mėginio.
   • Azoto yra 0,3 mol, taigi apytiksliai 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) mėginio.
   • Anglies dioksido yra 0,2 mol, taigi maždaug 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) mėginio.
   • Nors apytiksliai aukščiau pateikti procentai sudaro tik 0,99, faktiniai skaičiai po kablelio kartojasi, todėl tikroji suma yra devynių pasikartojimų po kablelio serija. Pagal apibrėžimą tai yra tas pats, kas 1 arba 100%.

5. 

   Padauginkite proporcingą kiekvienų dujų vertę iš bendro slėgio, kad rastumėte dalinį slėgį.
   • Padauginus maždaug 0,44 * 11,45 = 5,04 atm.
   • Apytiksliai padauginus 0,33 * 11,45 = 3,78 atm.
   • Padauginus apytiksliai 0,22 * 11,45 = 2,52 atm.

Patarimai

• Nedidelį reikšmių skirtumą pastebėsite pirmiausia suradę dalinį slėgį, tada bendrą slėgį ir pirmiausia suradę bendrą slėgį, tada - dalinį slėgį. Atminkite, kad pateiktos vertės buvo pateiktos kaip apytikslės vertės, nes apvalinamos iki vieno ar dviejų skaitmenų po kablelio, kad vertes būtų lengviau suprasti. Jei atliksite skaičiavimus naudodamiesi skaičiuokle, be apvalinimo, pastebėsite nedidelį šių metodų neatitikimą, jei toks yra.

Įspėjimai

• Žinios apie dalinį dujų slėgį narams gali tapti gyvybės ir mirties klausimu. Per mažas dalinis deguonies slėgis gali sukelti sąmonės netekimą ir mirtį, o labai didelis vandenilio ar deguonies dalinis slėgis taip pat gali būti toksiškas.

Būtinos medžiagos

• Skaičiuoklė;
• Atominių masių / molinių masių informacinė knyga.