Hoe de partiële druk te berekenen

In de chemie verwijst "partiële druk" naar de druk die elk gas in een gasmengsel uitoefent op zijn omgeving, zoals tegen een fles, de luchttank van een duiker of de limiet van één atmosfeer. Je kunt de druk van elk gas in een mengsel berekenen als je de hoeveelheid weet die er is, het volume dat het inneemt en de temperatuur. Vervolgens kunt u deze partiële drukken toevoegen om de totale druk van het gasmengsel te vinden of u kunt eerst de totale druk en vervolgens de partiële druk vinden.

Inhoud

Stappen
Deel 1
Deel 2
Deel 3
Tips
Waarschuwingen
Dingen die je nodig hebt

stappen

Deel 1

Begrijp de eigenschappen van gassen

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 1

Behandel elk gas als een "ideaal" gas. In de chemie is een ideaal gas een gas dat interactie heeft met anderen zonder aangetrokken te worden tot zijn moleculen. De individuele moleculen kunnen tegen elkaar botsen en als biljartballen afketsen zonder op enigerlei wijze te misvormen.

De drukken van de ideale gassen nemen toe als ze in kleinere ruimtes strak worden en afnemen naarmate ze zich uitbreiden naar grotere gebieden. Deze relatie staat bekend als de wet van Boyle, ter ere van Robert Boyle. Het is wiskundig geschreven als k = P x V of eenvoudiger, k = PV, waarbij k de constante relatie, P de druk en V het volume vertegenwoordigt.
Het is mogelijk om de druk uit te drukken met behulp van een van de verschillende mogelijke eenheden. De ene is de Pascal (Pa), die wordt gedefinieerd als een kracht van een Newton die over een vierkante meter wordt aangebracht. Een andere is de atmosfeer (atm), die wordt gedefinieerd als de druk van de atmosfeer van de aarde op zeeniveau. Een druk van 1 atm is gelijk aan 101.325 Pa.
De temperaturen van de ideale gassen nemen toe naarmate hun volumes ook toenemen en afnemen wanneer het tegenovergestelde gebeurt. Deze relatie staat bekend als Charles`s Law, ter ere van Jacques Charles. Het is wiskundig geschreven als k = V / T, waarbij k de constante relatie weergeeft tussen volume en temperatuur, V weer staat voor volume en T voor temperatuur.
In deze vergelijking, de gastemperaturen in graden Kelvin, die door toevoeging van 273 het aantal graden van de gastemperatuur.
Deze twee relaties kunnen worden gecombineerd in een enkele vergelijking: k = PV / T, die ook kan worden geschreven als PV = kT.

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 2

Bepaalt de hoeveelheden waarin gassen worden gemeten. De gassen hebben massa en volume. Het volume wordt meestal gemeten in liters (l), maar er zijn twee soorten massa.

Traditioneel deeg wordt gemeten in gram of, indien groot genoeg, in kilogram.

Vanwege het geringe gewicht dat de gassen in het algemeen hebben, worden ze ook gemeten met een andere vorm van massa, molecuulmassa of molecuulmassa genoemd. De molecuulmassa wordt gedefinieerd als de som van de atoomgewichten van elk atoom in de verbinding waaruit het gas is samengesteld, waarbij elk van hen wordt vergeleken met de waarde van 12 voor de koolstof.

Omdat atomen en moleculen te klein zijn om mee te werken, worden de hoeveelheden gassen bepaald in mol. Je kunt de hoeveelheid molen aanwezig in een bepaald gas vinden door de massa te delen door de molecuulmassa en het resultaat weer te geven met de letter n.

Het is mogelijk om de willekeurige constante k in de gasvergelijking te vervangen door het product van n, het aantal mol (mol) en een nieuwe constante R. Nu kan de vergelijking worden geschreven als nR = PV / T of PV = nRT.

De waarde van R is afhankelijk van de eenheden die worden gebruikt om de drukken, volumes en temperaturen van de gassen te meten. Voor het volume in liter, de temperatuur in graden Kelvin en de druk in atmosferen, is de waarde 0,0821 L atm / K mol. Dit kan ook worden geschreven als 0,0821 L atm K mol om te voorkomen dat de delingsdiagonaal met de maateenheden wordt gebruikt.

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 3

Begrijpt Dalton`s wet van partiële druk. De chemicus en fysicus John Dalton, die voor het eerst het concept voorstelde dat chemische elementen uit atomen zijn samengesteld, was degene die deze wet ontwikkelde, waarin staat dat de totale druk van een mengsel van gassen de som is van de druk van elk van de gassen aanwezig in genoemd mengsel.

De wet van Dalton kan als volgt in de vorm van een vergelijking worden geschreven: P_totaal = P₁ + P₂ + P₃ ... met zoveel toevoegingen als er gassen in het mengsel zitten na het gelijkteken.

De vergelijking van de Dalton-wet kan worden uitgebreid wanneer wordt gewerkt met gassen waarvan de individuele partiële drukken onbekend zijn, maar waarvan de volumes en temperaturen bekend zijn. De partiële druk van een gas zal dezelfde waarde hebben als wanneer dezelfde hoeveelheid van dat gas de enige in de container zou zijn.

Voor elk van de partiële drukken kunnen we de idee-gasvergelijking herschrijven zodat in plaats van het formulier PV = nRT, we alleen P links van het gelijkteken kunnen hebben. Om dit te doen, zullen we beide kanten verdelen tussen V: PV / V = nRT / V. De twee V`s aan de linkerkant zijn geannuleerd en laten ons achter met P = nRT / V.

Dan kunnen we elk subscript P rechts van de vergelijking van de partiële druk vervangen: P_totaal = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ ...

Deel 2

Bereken de partiële drukken en vervolgens de totale druk

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 4

Bepaal de partiële drukvergelijking voor de gassen waarmee u werkt. Voor deze berekening gaan we ervan uit dat een kolf van 2 liter 3 gassen bevat: stikstof (N₂), zuurstof (O₂) en koolstofdioxide (CO₂). Er is 10 g van elk gas en elk heeft een temperatuur van 37 ° C (98,6 ° F) in de kolf. We moeten de partiële druk voor elk gas en de totale druk die het gasmengsel op de container uitoefent vinden.

Onze partiële drukvergelijking wordt P_totaal = P_stikstof + P_zuurstof + P_kooldioxide.
Aangezien we proberen de druk te vinden die elk gas uitoefent, weten we het volume en de temperatuur, en we kunnen de hoeveelheid molen van elk gas vinden die er is op basis van de massa, we kunnen deze vergelijking herschrijven als: P_totaal = (nRT / V) _stikstof + (nRT / V) _zuurstof + (nRT / V) _kooldioxide

Titel afbeelding Bereken Gedeeltelijke druk Stap 5

Converteert de temperatuur naar Kelvin. De temperatuur in graden Celsius is 37, dus we voegen 273 tot 37 toe om 310 graden K te halen.

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 6

Zoek het aantal mol van elk gas in het monster. Het aantal mol van een gas is de massa van het gas gedeeld door zijn molaire massa, wat we zeiden was de som van de atoomgewichten van elk atoom aanwezig in de verbinding.

Voor ons eerste gas, stikstof (N.₂), heeft elk atoom een atoomgewicht van 14. Omdat stikstof diatomisch is (vormt moleculen van twee atomen), moeten we 14 bij 2 vermenigvuldigen om te ontdekken dat de stikstof in ons monster een molecuulmassa van 28 heeft. Dan verdelen we de massa in grammen, 10 g, tussen 28, om het aantal mol te verkrijgen, wat we zullen benaderen tot 0,4 mol stikstof.

Voor onze tweede gas, zuurstof (O₂), heeft elk atoom een atoomgewicht van 16. Zuurstof is ook diatomisch, dus vermenigvuldigen we 16 keer 2 om te vinden dat de zuurstof in ons een molecuulmassa van 32 heeft. Verdelen 10 g bij 32 geeft ons ongeveer 0,3 mol zuurstof in onze steekproef.

Ons derde gas, koolstofdioxide (CO₂), heeft 3 atomen: één van koolstof, met een atoomgewicht van 12 en twee van zuurstof, elk met een atoomgewicht van 16. We voegen deze drie gewichten toe: 12 + 16 + 16 = 44 als de molecuulmassa. Door 10 g tussen 44 te delen, hebben we ongeveer 0,2 mol koolstofdioxide.

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 7

Verbind de waarden voor de mol, het volume en de temperatuur. Nu ziet onze vergelijking er als volgt uit: P_totaal = (0.4 * R * 310/2) _stikstof + (0.3 * R * 310/2) _zuurstof + (0.2 * R * 310/2) _kooldioxide.

Om de zaken te vereenvoudigen, hebben we de meeteenheden weggelaten die bij de waarden horen. Deze eenheden worden geannuleerd na het uitvoeren van de berekeningen, waarbij alleen de maateenheid overblijft die we gebruiken om de drukken weer te geven.

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 8

Verbind de waarde voor de constante R. We zullen de partiële en totale drukken in atmosferen presenteren, dus R zal een waarde hebben van 0,0821 L atm / K mol. Het verbinden van deze waarde in de vergelijking geeft ons nu P_totaal = (0.4 * 0.0821 * 310/2) _stikstof + (0.3 * 0.0821 * 310/2) _zuurstof + (0.2 * 0.0821 * 310/2) _kooldioxide.

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 9

Bereken de partiële druk voor elk gas. Nu we de waarden hebben ingevoerd, is het tijd om de berekeningen uit te voeren.

Voor de partiële stikstofdruk vermenigvuldigen we 0,4 mol met onze constante van 0,0821 en onze temperatuur van 310 graden K en delen we vervolgens met 2 liter: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, over.

Voor de partiële zuurstofdruk vermenigvuldigen we 0,3 mol met onze constante van 0,0821 en onze temperatuur van 310 graden K en delen we vervolgens met 2 liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, over.

Voor de partiële druk van kooldioxide vermenigvuldigen we 0,2 mol met onze constante van 0,0821 en onze temperatuur van 310 graden K en delen we vervolgens met 2 liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, ongeveer.

Nu voegen we deze drukwaarden toe om de totale druk te vinden: P_totaal = 5,09 + 3,82 + 2,54 of 11,45 atm, ongeveer.

Deel 3

Bereken de totale druk en vervolgens de partiële druk

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 10

Definieer de partiële drukvergelijking zoals u eerder deed. Nogmaals, we gaan ervan uit dat we een kolf van 2 liter hebben die 3 gassen bevat: stikstof (N₂), zuurstof (O₂) en koolstofdioxide (CO₂). Er is 10 g van elk gas en elk heeft een temperatuur van 37 ° C (98,6 ° F).

De temperatuur in Kelvin is nog altijd 310 en zoals eerder hebben we ongeveer 0,4 mol stikstof, 0,3 mol zuurstof en 0,2 mol koolstofdioxide.
Op dezelfde manier zullen we nog steeds drukken in atmosferen presenteren, dus we zullen de waarden van 0,0821 L atm / K mol gebruiken voor de constante R.
Op deze manier zal onze partiële drukvergelijking er op dit punt hetzelfde blijven uitzien: P_totaal = (0.4 * 0.0821 * 310/2) _stikstof + (0.3 * 0.0821 * 310/2) _zuurstof + (0.2 * 0.0821 * 310/2) _kooldioxide.

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 11

Voeg het aantal molen van elk gas in het monster toe om het totale aantal molen in het gasmengsel te vinden. Aangezien het volume en temperatuur zijn dezelfde voor elk monster in het gas, niet te vergeten dat elke molaire waarde wordt vermenigvuldigd met dezelfde constante, kunnen we de distributieve eigenschap van de wiskunde om de vergelijking als volgt herschrijven: P_totaal = (0.4 + 0.3 + 0.2) * 0.0821 * 310/2.

Voeg 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gasmengsel toe. Dit vereenvoudigt de vergelijking verder tot P_totaal = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 12

Zoek de totale druk van het gasmengsel. Vermenigvuldig 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 mol, ongeveer.

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 13

Zoek de verhouding die elk gas heeft in het totale mengsel. Om dit te doen, deel het aantal mol van elk gas met het totale aantal mol.

Er is 0,4 mol stikstof, dus 0,4 / 0,9 = 0,44 (44 procent) van het monster, ongeveer.

Er is 0,3 mol stikstof, dus 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) van het monster, ongeveer.

Er zijn 0,2 mol koolstofdioxide, dus 0,2 / 0,9 = 0,22 (22 procent) van het monster, ongeveer.

Hoewel de eerder aangegeven geschatte percentages slechts 0,99 toevoegen, worden de echte decimalen herhaald, dus de som zou echt een herhaalde reeks cijfers 9 na het decimaalteken zijn. Per definitie is dit hetzelfde als 1 of 100 procent.

Titel afbeelding Calculate Partial Pressure Step 14

Vermenigvuldig de proportionele hoeveelheid van elk gas met de totale druk om de deeldruk te vinden.

Vermenigvuldig 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, ongeveer

Vermenigvuldig 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, ongeveer

Vermenigvuldig 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, ongeveer

tips

U zult een klein verschil in de waarden zien tussen het eerst vinden van de partiële drukken en dan het totaal, en eerst het vinden van de totale druk en daarna de partiële drukken. Vergeet niet dat de gegeven waarden bij benadering zijn en rond 1 of 2 decimalen om de waarden gemakkelijker te begrijpen te maken. Als u zelf berekeningen uitvoert met behulp van een niet-afgeronde rekenmachine, merkt u een kleine discrepantie tussen de twee methoden of helemaal geen.

waarschuwingen

Het kennen van de partiële druk van de gassen kan een zaak van leven en dood voor duikers worden. Een te lage partiële zuurstofdruk kan bewusteloosheid en de dood veroorzaken, terwijl een te hoge partiële druk van stikstof of zuurstof ook toxisch kan zijn.

Dingen die je nodig hebt

rekenmachine
Een naslagwerk voor atoomgewichten en molecuulmassa`s

Meer weergeven ... (12)

Delen op sociale netwerken:

Verwant