محتوا

• مراحل
• مشاوره
• هشدار
• آنچه شما نیاز دارید

در شیمی ، "فشار جزئی" فشار هر گاز در مخلوط گازهایی است که بر محیط اطراف تأثیر می گذارد ، مانند مخزن گاز نمونه در آزمایشگاه ، مخزن گاز غواص یا فضای اطراف. جو اگر جرم ، حجم و دما آن را بدانید ، می توانید فشار هر گاز را در مخلوط محاسبه کنید. سپس فشارهای جزئی را برای بدست آوردن فشار کل مخلوط گاز اضافه می کنید ، یا ابتدا فشار کل را پیدا می کنید و سپس فشار جزئی را پیدا می کنید.

مراحل

قسمت 1 از 3: درک خصوصیات گاز

1. 

   با هر گاز به عنوان یک گاز "ایده آل" رفتار کنید. در شیمی ، گاز ایده آل گازی است که با گازهای دیگر ارتباط برقرار کند بدون اینکه جذب مولکول آنها شود. مولکول های گاز می توانند با یکدیگر برخورد کرده و مانند یک توپ بیلیارد بدون تغییر شکل از آن خارج شوند.
   • فشار گاز ایده آل با فشرده شدن در فضای کوچکتر افزایش می یابد و با پخش شدن در فضای بزرگتر کاهش می یابد. این رابطه به قانون بویل معروف است (به نام دانشمند رابرت بویل). فرمول ریاضی نشان می دهد که این رابطه k = P x V ، یا به عبارت ساده تر k = PV است ، جایی که k یک رابطه ثابت بین فشار و حجم است ، P فشار و V یک بدن است حوزه.
   • مشکل را می توان در یکی از واحدهای مختلف فشار داد. که در آن پاسکال (Pa) به عنوان نیروی نیوتن وارد بر متر مربع تعریف می شود. واحد دیگر جو (اتمسفر) است که به عنوان فشار جو زمین در ارتفاعی برابر با سطح دریا تعریف می شود. فشار 1 اتمسفر 101،325 Pa است.
   • دمای گاز ایده آل با افزایش حجم افزایش می یابد و با کاهش حجم کاهش می یابد. این رابطه به قانون چارلز معروف است (به نام دانشمند ژاک چارلز). فرمول ریاضی برای این k = V / T است ، جایی که k رابطه ثابت بین حجم و دما است ، V حجم است و T دما است.
   • دمای گاز در این معادله در درجه کلوین و درجه کلوین با افزودن درجه سانتیگراد در 273 محاسبه می شود.
   • این دو رابطه را می توان در یک معادله واحد ترکیب کرد: k = PV / T ، یا می توان آنها را به صورت PV = kT نوشت.

2. 

   
   
   واحد جرمی مورد استفاده برای اندازه گیری گاز را تعریف می کند. گاز هم جرم دارد و هم حجم. حجم ها معمولاً با لیتر اندازه گیری می شوند ، اما دو جرم گاز وجود دارد.
   • جرم های متعارف به گرم یا اگر جرم به اندازه کافی بزرگ باشد ، به کیلوگرم اندازه گیری می شود.
   • از آنجا که اکثر گازها غالباً سبک هستند ، همچنین با شکل دیگری از جرم بنام جرم مولکولی یا جرم مولار اندازه گیری می شوند. جرم مولی به عنوان مجموع جرم اتمی هر اتم در ترکیب گاز ، با جرم هر اتم در مقایسه با جرم کربن تعریف می شود (مقدار 12).
   • از آنجا که اتم ها و مولکول ها برای محاسبه بسیار کوچک هستند ، جرم گاز در مول تعریف می شود. تعداد مول در مقدار گاز را می توان با تقسیم جرم گاز بر جرم مولی آن محاسبه کرد و با حرف n نشان داد.
   • ما می توانیم هر k ثابت را در معادله گاز با محصول n ، تعداد مول و یک ثابت جدید R جایگزین کنیم. اکنون معادله nR = PV / T یا PV = nRT را داریم.
   • مقدار R به واحد مورد استفاده برای اندازه گیری فشار ، حجم و دمای گاز بستگی دارد. اگر حجم به لیتر ، درجه حرارت در درجه کلوین و فشار در اتمسفر باشد ، این 0.0821 L atm / K mol است. همچنین می توانید 0.0821 L atm K mol را بنویسید تا نیازی به استفاده از اسلش تقسیم در واحد اندازه گیری نباشد.

3. 

   
   
   قانون فشار جزئی دالتون. این قانون توسط جان دالتون ، شیمی دان و فیزیکدان ارائه شد که مفهوم عنصر شیمیایی ساخته شده از اتم ها را برای اولین بار ارائه داد. قانون دالتون بیان می کند که فشار کل مخلوط گاز فشار کل هر گاز در مخلوط است.
   • قانون دالتون را می توان پس از P در معادله نوشت_جمع = پ₁ + پ₂ + پ₃ ... با مقدار فشار P برابر با تعداد گازهای مخلوط است.
   • معادله قانون دالتون را می توان هنگام معامله با گازهایی که فشار جزئی آنها مشخص نیست اما حجم و دمای آنها مشخص است ، ایجاد کرد. فشار جزئی گاز ، فشار وارد شده به همان مقدار گاز در مخزن است که فقط شامل آن است.
   • برای هر فشار جزئی ، می توانیم معادله گاز ایده آل PV = nRT را به شکلی که P فقط در سمت چپ علامت مساوی است ، بنویسیم. بنابراین ، ما باید دو طرف را با V تقسیم کنیم: PV / V = ​​nRT / V. دو V در سمت چپ حذف می شوند ، در پایان P = nRT / V باقی می ماند.
   • سپس این فرمول را با هر حرف P در سمت راست معادله فشار جزئی جایگزین کنید: P_جمع = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   تبلیغات

قسمت 2 از 3: فشار جزئی و سپس فشار کل را محاسبه کنید

1. 

   
   
   
   
   معادلات فشار جزئی را برای مشکلات داده شده تعیین کنید. برای نشان دادن این محاسبه ، فرض کنید یک بطری 2 لیتری حاوی 3 گاز داریم: نیتروژن (N)₂) ، اکسیژن (O₂) ، و دی اکسید کربن (CO₂) هر گاز 10 گرم دارد و دمای هر گاز در سیلندر 37 درجه سانتیگراد است. ما باید فشار جزئی هر گاز و فشار کل مخلوط گاز را که بر روی سیلندر کار می کند ، پیدا کنیم.
   • معادله فشار جزئی به صورت زیر نوشته شده است P_جمع = پ_{نیتروژن} + پ_اکسیژن + پ_{دی اکسید کربن}.
   • از آنجا که فشار هر گاز را پیدا می کنیم ، می دانیم که حجم ، دما چگونه است و می توانیم مول های هر گاز را بر اساس جرم آنها پیدا کنیم ، معادله دوباره نوشته می شود:_جمع = (nRT / V) _{نیتروژن} + (nRT / V) _اکسیژن + (nRT / V) _{دی اکسید کربن}

2. 

   
   
   دما را به درجه کلوین تبدیل کنید. دمای گازها 37 درجه سانتیگراد است بنابراین 37 و 273 را اضافه می کنیم تا 310 درجه K بدست آوریم.

3. 

   تعداد مول هر گاز را در بطری پیدا کنید. تعداد مول گازها جرم گاز تقسیم بر جرم مولی آن است ، جایی که جرم مولی جرم کل هر اتم ماده است.
   • برای گاز اول ، نیتروژن فرمول مولکولی دارد (N₂) ، هر اتم دارای جرم 14 است. از آنجا که مولکول نیتروژن دارای دو اتم است ، ما باید 14 را در 2 ضرب کنیم تا وزن مولکولی نیتروژن 28 بدست آوریم ، سپس جرم را به گرم بر 10 گرم تقسیم کنیم. برای بدست آوردن تعداد مول 28 عدد بدست آورید ، نتیجه را تقریباً به 0.4 مول گاز نیتروژن تبدیل کنید.
   • برای گاز دوم ، اکسیژن فرمول مولکولی دارد (O₂) ، هر اتم جرم 16 دارد. مولکول اکسیژن نیز دارای دو اتم است ، ما باید 16 را در 2 ضرب کنیم تا جرم مولکول اکسیژن 32 بدست آید. تقسیم 10 گرم در 32 نتیجه تقریبی می دهد 0.3 مول اکسیژن در بطری.
   • گاز سوم فرمول دی اکسید کربن (CO) است₂) ، 3 اتم وجود دارد: یک اتم کربن با جرم 12 ، دو اتم اکسیژن با هر اتم جرم 16. ما جرم سه اتم را اضافه می کنیم: 12 + 16 + 16 = 44 جرم است مولکول با تقسیم 10 گرم بر 44 تقریباً 0.2 مول دی اکسید کربن ایجاد می شود.

4. 

   
   
   مقادیر mol ، حجم و دما را در معادله وصل کنید. حالا معادله به این شکل است: P_جمع = (0.4 * R * 310/2) _{نیتروژن} + (0،3 * R * 310/2) _اکسیژن + (0.2 * R * 310/2) _{دی اکسید کربن}.
   • برای سادگی ، واحد اندازه گیری مقادیر را حذف می کنیم. این واحدها پس از حل معادله از بین می روند و فقط واحدهای اندازه گیری نتیجه را در فشار باقی می گذارند.

5. 

   مقدار ثابت R را جایگزین کنید. ما نتایج فشار جزئی و فشار کل را در جو کار خواهیم کرد ، بنابراین از مقدار R 0.0821 L atm / K mol استفاده خواهیم کرد. قرار دادن این مقدار در معادله بازده P است_جمع =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{نیتروژن} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _اکسیژن + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{دی اکسید کربن}.

6. 

   فشار جزئی هر گاز را محاسبه کنید. اکنون که مقادیر خود را به برق متصل کردیم ، کار بعدی برای حل آن است.
   • برای فشار جزئی نیتروژن ، 0.4 mol را در ثابت 0.0821 و درجه حرارت 310 درجه K ضرب کرده ، سپس بر 2 لیتر تقسیم کنید: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 اتمسفر (تقریبا)
   • برای فشار جزئی اکسیژن ، 0.3 مول را در ثابت 0.0821 و دما 310 درجه K را ضرب کنید ، سپس بر 2 لیتر تقسیم کنید: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3.82 اتمسفر (تقریباً)
   • برای فشار جزئی دی اکسید کربن ، 0.2 مول را در ثابت 0.0821 و دمای 310 درجه K را ضرب کنید ، سپس در 2 لیتر تقسیم کنید: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 اتمسفر (تقریبا)
   • اکنون این فشارها را جمع کنید تا فشار کلی را پیدا کنید: P_جمع = 5.09 + 3.82 + 2.54 = 11.45 اتمسفر (تقریبا)
   تبلیغات

قسمت 3 از 3: فشار کل و سپس فشار جزئی را محاسبه کنید

1. 

   معادله فشار جزئی را مانند بالا تعیین کنید. باز هم ، فرض کنید یک بطری 2 لیتری داریم که حاوی 3 گاز است: نیتروژن (N₂) ، اکسیژن (O₂) ، و دی اکسید کربن (CO₂) هر گاز 10 گرم دارد و دمای هر گاز در سیلندر 37 درجه سانتیگراد است.
   • دمای کلوین هنوز 310 درجه است و مانند گذشته ، تقریباً 0.4 مول مولر ازت ، 0.3 مول اکسیژن و 0.2 مول دی اکسید کربن داریم.
   • به طور مشابه ، ما نتایج را در جو محاسبه خواهیم کرد بنابراین از مقدار R 0.0821 L atm / K mol استفاده خواهیم کرد.
   • در این مرحله معادله فشار جزئی باقی می ماند: P_جمع =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{نیتروژن} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _اکسیژن + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{دی اکسید کربن}.

2. 

   برای یافتن کل مولهای مخلوط گاز ، تعداد مولهای هر گاز را در سیلندر اضافه کنید. از آنجا که حجم و دمای گازهای سیلندر یکسان است و جرم مولکولی هر گاز نیز در همان ثابت ضرب می شود ، می توانیم از ویژگی توزیعی ریاضیات برای بازنویسی معادله استفاده کنیم. فرآیند P است_جمع = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 مول مخلوط گاز اضافه کنید. معادله بیشتر به P کاهش می یابد_جمع = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   فشار کل مخلوط گاز را پیدا کنید. 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 مول (تقریباً) بگیرید.

4. 

   نسبت هر گاز مخلوط را پیدا کنید. تعداد مول در هر گاز را بر کل مول مخلوط گاز تقسیم می کنید.
   • ما 0.4 مول نیتروژن داریم بنابراین 0.44 / 0.9 = 0.44 (44٪) در مخلوط گاز (تقریباً) می گیریم.
   • ما 0.3 مول اکسیژن داریم بنابراین 0.33 / 0.9 = 0.3 (33٪) در مخلوط گاز (تقریباً) می گیریم.
   • ما 0.2 مول دی اکسید کربن داریم بنابراین 0.2 / 0.9 = 0.22 (22٪) را در مخلوط گاز (تقریباً) می گیریم.
   • اگرچه درصد تقریبی فوق فقط به 0.99 می رسد ، در حقیقت ، اعشار همچنان تکرار می شوند ، و مجموع آنها یک سری 9 ثانیه بعد از ویرگول است. طبق تعریف این معادل 1 یا 100 درصد است.

5. 

   نسبت جرم به گاز را در فشار کل ضرب کنید تا فشار جزئی پیدا شود.
   • 0.44 * 11.45 = 5.04 اتمسفر (تقریباً) بگیرید.
   • 0.33 * 11.45 = 3.78 اتمسفر (تقریباً) بگیرید.
   • 0.22 * 11.45 = 2.52 اتمسفر (تقریباً) بگیرید.
   تبلیغات

مشاوره

• شما یک اختلاف جزئی بین محاسبه فشار جزئی و محاسبه فشار جزئی و محاسبه فشار جزئی مشاهده خواهید کرد. به یاد داشته باشید که مقادیر محاسبه شده فقط اعداد تقریبی هستند زیرا ما برای ساده سازی آنها به 1 یا 2 عدد بعد از ویرگول گرد می کنیم.اگر از یک ماشین حساب برای انجام محاسبات بدون گرد استفاده کنیم ، انحراف بین این دو روش حتی کمتر خواهد بود.

هشدار

• برای غواصان ، آگاهی از فشار جزئی گاز از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا به زندگی آنها مربوط می شود. فشار جزئی اکسیژن که بسیار کم است می تواند باعث از بین رفتن هوشیاری یا مرگ شود ، در حالی که فشار جزئی زیاد نیتروژن یا اکسیژن باعث مسمومیت می شود.

آنچه شما نیاز دارید

• لپ تاپ
• کتاب مرجع برای جرم اتمی / جرم مولی