כיצד מחשבים לחץ חלקי?
כדי לחשב לחץ חלקי, התחל על ידי יישום המשוואה k = PV כדי להתייחס לגז כאל גז אידיאלי על פי חוק בויל. לאחר מכן, המירו את המשוואה לקלווין, אם עדיין לא, על ידי הוספת 273 לטמפרטורה בצלזיוס. לאחר שעשית זאת, התחל למצוא את הלחץ החלקי של כל גז באמצעות הנוסחה P = nRT / V. אם יש יותר מגז אחד, עליכם להשתמש בחוק הלחצים החלקיים של דלתון על ידי חיבור הלחץ החלקי של כל גז למשוואה Ptotal = P1 + P2 + P3. כדי ללמוד כיצד למצוא לחץ חלקי על ידי מציאת הלחץ הכולל קודם, המשך לקרוא!
לאחר מכן תוכל להוסיף לחצים חלקיים אלה יחד כדי למצוא את הלחץ הכולל של תערובת הגז, או, תוכל למצוא תחילה את הלחץ הכולל ואז למצוא את הלחצים החלקיים.
בכימיה, "לחץ חלקי" מתייחס ללחץ שכל גז בתערובת גז מפעיל על סביבתו, כמו למשל בקבוקון לדוגמא, מיכל אוויר צולל או גבול האטמוספירה. אתה יכול לחשב את הלחץ של כל גז בתערובת אם אתה יודע כמה ממנו יש, איזה נפח הוא תופס והטמפרטורה שלו. לאחר מכן תוכל להוסיף לחצים חלקיים אלה יחד כדי למצוא את הלחץ הכולל של תערובת הגז, או, תוכל למצוא תחילה את הלחץ הכולל ואז למצוא את הלחצים החלקיים.
חלק 1 מתוך 3: הבנת תכונות הגזים
- 1התייחס לכל גז כאל גז "אידיאלי". גז אידיאלי, בכימיה, הוא אחד המקיים אינטראקציה עם גזים אחרים מבלי נמשכת למולקולות שלהם. מולקולות בודדות עשויות להכות זו בזו ולקפוץ כמו כדורי ביליארד מבלי להתעוות בשום צורה שהיא.
- לחצי הגזים האידיאליים גוברים ככל שהם נלחצים לחללים קטנים יותר ויורדים ככל שהם מתרחבים לאזורים גדולים יותר. מערכת יחסים זו נקראת חוק בויל, על שם רוברט בויל. הוא נכתב באופן מתמטי כ- k = P x V או, יותר פשוט, k = PV, כאשר k מייצג את הקשר הקבוע, P מייצג לחץ ו- V מייצג נפח.
- ניתן להפעיל לחץ באמצעות אחת מכמה יחידות אפשריות. האחד הוא פסקל (Pa), המוגדר ככוח של ניוטון אחד המופעל על פני מטר מרובע. אחרת היא האטמוספירה (כספומט) המוגדרת כלחץ האטמוספירה של כדור הארץ בגובה פני הים. לחץ של 1 כספומט שווה ל- 101325 אבא.
- הטמפרטורות של הגזים האידיאליים עולות ככל שנפחם גדל ויורד ככל שנפחם יורד. מערכת יחסים זו נקראת החוק של שרל על שם ז'אק צ'רלס. הוא נכתב באופן מתמטי כ- k = V / T, כאשר k מייצג את הקשר הקבוע בין הנפח לטמפרטורה, V שוב מייצג את הנפח ו- T מייצג את הטמפרטורה.
- טמפרטורות לגזים במשוואה זו ניתנות במעלות קלווין, שנמצאות על ידי הוספת 273 למספר מעלות צלזיוס בטמפרטורת הגז.
- ניתן לשלב את שני הקשרים הללו למשוואה אחת: k = PV / T, שניתן לכתוב גם כ- PV = kT.
- 2הגדר את הכמויות בהן נמדדים הגזים. לגזים יש מסה וגם נפח. הנפח נמדד בדרך כלל בליטר (l), אך ישנם שני סוגים של מסה.
- מסה קונבנציונאלית נמדדת בגרמים או, אם יש מסה גדולה דיה, קילוגרמים.
- בגלל כמה גזים קלים הם בדרך כלל, הם נמדדים גם בצורת מסה אחרת הנקראת מסה מולקולרית או מסת טוחנת. מסה טוחנת מוגדרת כסכום המשקולות האטומיות של כל אטום בתרכובת שהגז מורכב ממנה, כאשר כל אטום לעומת הערך הסטנדרטי 12 עבור המסה הטוחנת הפחמנית.
- מכיוון שאטומים ומולקולות קטנים מכדי לעבוד איתם, כמויות הגזים מוגדרות בשומות. מספר השומות הקיים בגז נתון ניתן למצוא על ידי חלוקת המסה במסה הטוחנת וניתן לייצג אותה באות n.
- אנו יכולים להחליף את קבוע k שרירותי במשוואת הגז בתוצר של n, מספר השומות (mol), וקבוע קבוע R. כעת ניתן לכתוב את המשוואה nR = PV / T או PV = nRT.
- ערך R תלוי ביחידות המשמשות למדידת לחצים, נפחים וטמפרטורות הגזים. לנפח בליטר, טמפרטורה במעלות קלווין ולחץ באטמוספרות, ערכו הוא 0,0821 ל 'אטמ / קוטמול. זה יכול להיכתב גם 0,0821 ל 'אטמ' K -1 מול -1 כדי להימנע משימוש בקו הפילוג עם יחידות מידה.
- 3להבין את חוק הלחצים החלקיים של דלתון. פותח על ידי הכימאי והפיזיקאי ג'ון דלטון, שקידם לראשונה את מושג היסודות הכימיים המורכבים מאטומים, חוק דלתון קובע כי הלחץ הכולל של תערובת גז הוא סכום הלחצים של כל אחד מהגזים בתערובת.
- את חוק דלתון ניתן לכתוב בצורה משוואת כ- P סה"כ = P 1 + P 2 + P 3... עם כמה שיותר תוספות אחרי סימן השוויון כמו שיש גזים בתערובת.
- ניתן להרחיב את משוואת חוק דלתון כשעובדים עם גזים שלחץ חלקי בודד אינם ידועים, אך עבורם אנו יודעים את נפחם וטמפרטורותיהם. לחץ חלקי של גז הוא אותו לחץ כאילו אותה כמות של גז זה היה הגז היחיד במיכל.
- עבור כל אחד מהלחצים החלקיים נוכל לכתוב מחדש את משוואת הגז האידיאלית כך שבמקום הצורה PV = nRT, נוכל לקבל רק P בצד שמאל של סימן השוויון. לשם כך אנו מחלקים את שני הצדדים ב- V: PV / V = nRT / V. שני ה- V בצד שמאל מתבטלים, ומשאירים P = nRT / V.
- לאחר מכן נוכל להחליף את כל ה- P בתחתית בצד ימין של משוואת הלחצים החלקיים: P total = (nRT / V) 1 + (nRT / V) 2 + (nRT / V) 3...
כיצד אוכל לחשב את הלחץ החלקי של 79% חנקן, 21% חמצן ו- o.o38 CO2 באטמוספירה?
חלק 2 מתוך 3: חישוב לחצים חלקיים ואז סה"כ
- 1הגדר את משוואת הלחץ החלקית עבור הגזים איתם אתה עובד. לצורך חישוב זה, נניח שבקבוקון בן 2 ליטר מכיל 3 גזים: חנקן (N 2), חמצן (O 2) ופחמן דו חמצני (CO 2). ישנם 10 גרם מכל גז, והטמפרטורה של כל גז בבקבוק היא 37 מעלות צלזיוס (98, -14 מעלות צלזיוס). עלינו למצוא את הלחץ החלקי לכל גז ואת הלחץ הכולל שתערובת הגז מפעילה במיכל.
- שלנו משוואת לחץ החלקית הופכת P הכולל = P חנקן + P חמצן + P פחמן דו חמצני.
- מכיוון שאנו מנסים למצוא את הלחץ שכל גז מפעיל, אנו יודעים את הנפח והטמפרטורה, ונוכל למצוא כמה שומות מכל גז קיימות על בסיס המסה, אנו יכולים לכתוב את המשוואה הזו כ: P סה"כ = (nRT / V) חנקן + (nRT / V) חמצן + (nRT / V) דו תחמוצת הפחמן
- 2המירו את הטמפרטורה למעלות קלווין. צלסיוס הטמפרטורה היא 37 מעלות, כך נוסיף 273 ל 37 כדי לקבל 310 מעלות קלווין
- 3מצא את מספר השומות של כל גז הקיים בדגימה. מספר השומות של גז הוא המסה של אותו גז חלקי המסה הטוחנת שלו, שלדברינו היא סכום המשקלים האטומיים של כל אטום במתחם.
- עבור הגז הראשון שלנו, החנקן (N 2), לכל אטום משקל אטומי הוא 14. מכיוון שהחנקן הוא דיאטומי (יוצר מולקולות של שני אטומים), עלינו להכפיל 14 ב -2 כדי לגלות שלחנקן במדגם שלנו יש מסה טוחנת של 28. לאחר מכן אנו מחלקים את המסה בגרמים, 10 גר ', ל -28, כדי לקבל את מספר השומות, אותן נקבב ל -0,4 מול חנקן בעת עיגול לעשירית הקרובה.
- עבור הגז השני שלנו, חמצן (O 2), לכל אטום משקל אטומי הוא 16. חמצן הוא גם דיאטומי, ולכן אנו מכפילים 16 על ידי 2 כדי למצוא את החמצן שבמדגם שלנו הוא בעל מסה טוחנת של 32. מחלקים 10 גרם על ידי 32 נותן לנו בערך 0,3 mol חמצן במדגם שלנו.
- לגז השלישי שלנו, פחמן דו חמצני (CO 2), יש 3 אטומים: אחד של פחמן, עם משקל אטומי של 12; ושניים של חמצן, כל אחד עם משקל אטומי של 16. אנו מוסיפים את שלושת המשקולות: 12 + 16 + 16 = 44 כמסה הטוחנת. חלוקה של 10 גרם ב 44 נותנת לנו כ- 0,2 מול פחמן דו חמצני.
- 4חבר את הערכים עבור שומות, נפח וטמפרטורה. המשוואה שלנו נראית עכשיו כך: P סה"כ = (0,4 * R * 310/2) חנקן + (0,3 * R * 310/2) חמצן + (0,2 * R * 310/2) פחמן דו חמצני.
- לשם הפשטות, השארנו את יחידות המידה הנלוות לערכים. יחידות אלו יבוטלו לאחר ביצוע המתמטיקה, ונותרות רק את יחידת המידה בה אנו משתמשים כדי לדווח על הלחצים.
- 5חבר את הערך עבור הקבוע R. נדווח על הלחצים החלקיים והסה"כ באטמוספרות, ולכן נשתמש בערך R של 0,0821 ל 'אטמ / ק' מול. חיבור ערך זה למשוואה מעניק לנו כעת P סה"כ = (0,4 * 0,0821 * 310/2) חנקן + (0,3 * 0,0821 * 310/2) חמצן + (0,2 * 0,0821 * 310/2) פחמן דו חמצני.
- 6חשב את הלחצים החלקיים עבור כל גז. עכשיו שיש לנו את הערכים במקום, הגיע הזמן לעשות את המתמטיקה.
- עבור הלחץ החלקי של חנקן, אנו מכפילים 0,4 מול בקבוע שלנו 0,0821 והטמפרטורה שלנו 310 מעלות K, ואז מחלקים ב -2 ליטר: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm בערך.
- עבור הלחץ החלקי של חמצן, אנו מכפילים 0,3 מול בקבוע שלנו 0,0821 והטמפרטורה שלנו 310 מעלות K, ואז מחלקים ב -2 ליטר: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm בערך.
- עבור הלחץ החלקי של פחמן דו חמצני, אנו מכפילים 0,2 מול בקבוע שלנו 0,0821 והטמפרטורה שלנו 310 מעלות K ואז מחלקים ב -2 ליטר: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 כספומט, בערך.
- כעת אנו מוסיפים לחצים אלה כדי למצוא את הלחץ הכולל: P סה"כ = 5,09 + 3,82 + 2,54, או 11,45 atm, בערך.
כדי לחשב לחץ חלקי, התחל על ידי יישום המשוואה k = PV כדי להתייחס לגז כאל גז אידיאלי על פי חוק בויל.
חלק 3 מתוך 3: חישוב לחצים, ואז לחצים חלקיים
- 1הגדר את משוואת הלחץ החלקית כמו קודם. שוב, נניח בקבוק 2 ליטר המכיל 3 גזים: חנקן (N 2), חמצן (O 2) ופחמן דו חמצני (CO 2). ישנם 10 גרם מכל גז, והטמפרטורה של כל גז בבקבוק היא 37 מעלות צלזיוס (98, -14 מעלות צלזיוס).
- טמפרטורת קלווין עדיין תהיה 310 מעלות, וכמו קודם יש לנו כ- 0,4 מול חנקן, 0,3 מול חמצן ו- 0,2 מול פחמן דו חמצני.
- כמו כן, אנו עדיין נדווח על הלחצים באטמוספרות, ולכן נשתמש בערך של 0,0821 ל 'אטמ / K מול עבור קבוע R.
- לפיכך, משוואת הלחצים החלקיים שלנו עדיין נראית זהה בנקודה זו: P סה"כ = (0,4 * 0,0821 * 310/2) חנקן + (0,3 * 0,0821 * 310/2) חמצן + (0, 2 * 0,0821 * 310/2) פחמן דו חמצני.
- 2הוסף את מספר השומות של כל גז בדגימה כדי למצוא את המספר הכולל של השומות בתערובת הגז. מכיוון שהנפח והטמפרטורה זהים לכל דגימה בגז, שלא לדבר על כל ערך טוחנת מוכפל באותה קבוע, אנו יכולים להשתמש במאפיין החלוקתי של המתמטיקה כדי לשכתב את המשוואה כ- P סה"כ = (0,4 + 0, 3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
- הוספת 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol של תערובת גז. זה מפשט עוד יותר את המשוואה לסך P = 0,9 * 0,0821 * 310/2.
- 3מצא את הלחץ הכולל של תערובת הגז. הכפלת 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 מול, בערך.
- 4מצא את הפרופורציה שכל גז מייצר מהתערובת הכוללת. לשם כך, חלק את מספר השומות של כל גז למספר השומות הכולל.
- יש 0,4 מול חנקן, כך 0,4 / 0,9 = 0,44 (44 אחוז) מהמדגם, בערך.
- יש 0,3 mol של חנקן, ולכן 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) מהמדגם, בערך.
- יש 0,2 mol של פחמן דו חמצני, כך 0,2 / 0,9 = 0,22 (22 אחוז) מהמדגם, בערך.
- בעוד שהאחוזים המשוערים לעיל מוסיפים 0,99 בלבד, העשרוניות בפועל חוזרות על עצמן, כך שהסכום יהיה בפועל סדרה חוזרת של 9s אחרי העשרוני. בהגדרה, זה זהה ל -1 או ל 100 אחוז.
- 5הכפל את הכמות הפרופורציונאלית של כל גז בלחץ הכולל כדי למצוא את הלחץ החלקי.
- הכפלת 0,44 * 11,45 = 5,04 כספומט, בערך.
- הכפלת 0,33 * 11,45 = 3,78 כספומט, בערך.
- הכפלת 0,22 * 11,45 = 2,52 כספומט, בערך.
משוואת הלחץ החלקית שלנו הופכת ל- Ptotal = Pnitrogen + Poxygen + פחמן דו חמצני.
- תוכלו להבחין בהבדל קל בערכים ממציאת הלחצים החלקיים תחילה, אחר כך מהלחץ הכולל וממציאת הלחץ הכולל תחילה, ואז מהלחצים החלקיים. זכור כי הערכים שניתנו הוצגו כערכים משוערים עקב עיגול למקומות עשרוניים אחד או שני כדי להקל על ההבנה של הערכים. אם תעבד את החישובים בעצמך עם מחשבון ללא עיגול, תבחין בפער קטן יותר בין שתי השיטות או בכלל.
- ידע על לחצים חלקיים של גזים יכול להפוך לעניין של חיים או מוות עבור צוללנים. לחץ חלקי נמוך מדי של חמצן יכול להוביל לחוסר הכרה ולמוות, בעוד שלחץ חלקי גבוה מדי של חנקן או חמצן יכול להיות גם רעיל.
- מחשבון
- ספר עיון של משקולות אטומים / מסות טוחנות
קרא גם: איך עושים דילולים סדרתיים?
שאלות ותשובות
- מהו לחץ חלקי של חמצן במיכל המכיל 2,0 מיל 'חמצן, 3,0 מול' חנקן ו -1,0 מול 'פחמן דו חמצני כאשר הלחץ הכולל הוא 900 טור'?השתמש בחוק הלחצים החלקיים (P_total = P_O + P_N + P_CO2) יחד עם חוק הגז האידיאלי, PV = nRT.
- כמה מולקולות יש בדגימה של 3,46 גרם של מימן כלורי?מימן כלורי מורכב מאטום אחד של מימן ואטום אחד של כלור. אתה יכול למצוא את המסה הטוחנת של HCl על ידי הוספת המסה הטוחנת של מימן וכלור, זה ייתן לך כמה שומות של HCl יש לגרם. השתמש בזה כדי להמיר מגרם לשומה.
- מהו הלחץ החלקי של כל גז עם תערובת של 2 מול של H2, 4 מול של NO2 ו 6 מול של CO2 בעל לחץ כולל של 1200 טור?השתמש בחוק הלחצים החלקיים (P_total = P_H2 + P_NO2 + P_CO2) עם חוק הגז האידיאלי (PV = nRT).
- מיכל עם שני גזים הליום וארגון הוא 30,0% בנפח. מהו הלחץ החלקי בתוך המיכל בסכום של 4,00 atm?השתמש בחוק הלחצים החלקיים (P_total = P_He + P_Ar) עם חוק הגז האידיאלי (PV = nRT).
- כיצד אוכל לחשב את הלחץ לפני יצירת הפתרון?אם ידוע לך על נפח הגז והקשר של נפח הגז הזה ללחץ, תוכל לחשב את הלחץ ההתחלתי (כלומר את הלחץ לפני יצירת התמיסה) באמצעות המשוואה לחוק בויל הכלולה במאמר.
- בלון גז של חצי ארגון וחצי הליום יש לחץ כולל של 1,11. מה הלחץ החלקי של כל גז?השתמש בחוק הלחצים החלקיים (P_total = P_Ar + P_He) עם חוק הגז האידיאלי (PV = nRT).
- כיצד ניתן למצוא לחץ חלקי?השתמש במשוואה לחץ חלקי = P1 + P2 + P3, ומספר זה הוא התשובה לשאלה שלך.
שאלות ללא מענה
- כיצד אוכל לחשב את הלחץ החלקי של 79% חנקן, 21% חמצן ו- o.o38 CO2 באטמוספירה?
תגובות (1)
- אני אוהב כמה קל להבין את כל הדיאגרמות המיושמות.
