תוֹכֶן

• צעדים
• עֵצָה
• אַזהָרָה
• מה אתה צריך

בכימיה, "לחץ חלקי" הוא הלחץ של כל גז בתערובת הגזים הפועלים על הסביבה שמסביב, כמו מיכל גז לדוגמא במעבדה, מיכל גז צוללני או החלל שמסביב. אַטמוֹספֵרָה. אתה יכול לחשב את הלחץ של כל גז בתערובת אם אתה יודע את המסה, הנפח והטמפרטורה שלו. לאחר מכן מוסיפים את הלחצים החלקיים כדי לקבל את הלחץ הכולל של תערובת הגז, או שמוצאים את הלחץ הכולל תחילה ואז מוצאים את הלחץ החלקי.

צעדים

חלק 1 מתוך 3: הבנת תכונות הגז

1. 

   התייחס לכל גז כאל גז "אידיאלי". בכימיה, הגז האידיאלי הוא הגומלין עם גזים אחרים מבלי להימשך למולקולות שלהם. מולקולות גז יכולות להתנגש זו בזו ולקפוץ כמו כדור ביליארד ללא עיוות.
   • הלחץ של גז אידיאלי עולה ככל שהוא דחוס לחלל קטן יותר ופוחת ככל שהוא מתפזר לחלל גדול יותר. מערכת יחסים זו ידועה כחוק בויל (על שם המדען רוברט בויל). הנוסחה המתמטית מראה שקשר זה הוא k = P x V, או יותר פשוט k = PV, כאשר k הוא קשר קבוע בין לחץ ונפח, P הוא לחץ ו- V הוא גוף. אֵזוֹר.
   • ניתן לתת את הבעיה בלחץ באחת מיחידות שונות רבות. שבו פסקל (Pa) מוגדר ככוח של ניוטון הפועל על מטר מרובע. יחידה נוספת היא אטמוספרה (atm), המוגדרת כלחץ האטמוספירה של כדור הארץ בגובה השווה לגובה פני הים. הלחץ של כספומט אחד הוא 101,325 אבא.
   • הטמפרטורה של הגז האידיאלי עולה ככל שהנפח עולה ויורד ככל שהנפח יורד. מערכת יחסים זו ידועה בשם חוק צ'ארלס (על שם המדען ז'אק צ'רלס). הנוסחה המתמטית לכך היא k = V / T, כאשר k הוא הקשר הקבוע בין נפח לטמפרטורה, V הוא נפח ו- T הוא טמפרטורה.
   • טמפרטורת הגז במשוואה זו מחושבת במעלות קלווין, ומעלות קלווין על ידי הוספת מעלות צלזיוס ב- 273.
   • ניתן לשלב את שתי הקשרים הללו למשוואה אחת: k = PV / T, או שניתן לכתוב אותם כ- PV = kT.

2. 

   
   
   מגדיר את יחידת המסה המשמשת למדידת גז. לגז יש גם מסה וגם נפח. נפחים נמדדים בדרך כלל בליטר (l), אך ישנן שתי מסות גז.
   • מסות קונבנציונליות נמדדות בגרמים או, אם המסה גדולה דיה, בקילוגרמים.
   • מכיוון שרוב הגזים לרוב כה קלים, הם נמדדים גם בצורת מסה אחרת הנקראת מסה טוחנת או מסת טוחנת. מסה טוחנת מוגדרת כסכום המסה האטומית של כל אטום בהרכב הגז, כאשר המסה של כל אטום בהשוואה למסת הפחמן (ערך 12).
   • מכיוון שהאטומים והמולקולות כל כך קטנים לחישוב, מסת הגז מוגדרת בשומות. ניתן לחשב את מספר השומות בכמות הגז על ידי חלוקת מסת הגז במסת הטוחנת שלו, והיא מסומנת באות n.
   • אנו יכולים להחליף כל קבוע קבוע במשוואת הגז בתוצר של n, מספר השומות, וקבוע קבוע R. כעת יש לנו את המשוואה nR = PV / T או PV = nRT.
   • ערך R תלוי ביחידה המשמשת למדידת הלחץ, הנפח והטמפרטורה של הגז. אם הנפח הוא בליטר, הטמפרטורה במעלות קלווין והלחץ באטמוספרות, זה 0.0821 ל 'אטמ / ק' מול. אתה יכול גם לכתוב 0.0821 atm K mol כדי להימנע מהצורך להשתמש בקו הלוח של היחידה ביחידות מידה.

3. 

   
   
   חוק הלחץ החלקי של דלתון. חוק זה הוצע על ידי הכימאי והפיזיקאי ג'ון דלטון, שהציג לראשונה את הרעיון של יסוד כימי עשוי אטומים. חוק דלתון קובע כי הלחץ הכולל של תערובת הגז הוא הלחץ הכולל של כל גז בתערובת.
   • ניתן לכתוב את החוק של דלתון למשוואה אחרי P_סה"כ = P₁ + P₂ + P₃ ... עם כמות הלחץ P שווה למספר הגזים בתערובת.
   • ניתן לפתח את משוואת החוק של דלתון כאשר מתמודדים עם גזים שלחץ חלקי שלהם אינו ידוע, אך נפחם וטמפרטורתם ידועים. הלחץ החלקי של גז הוא הלחץ המופעל על ידי אותה כמות גז במיכל המכיל רק אותו לבדו.
   • עבור כל לחץ חלקי אנו יכולים לכתוב את משוואת הגז האידיאלית PV = nRT לצורה עם P רק בצד שמאל של סימן השווה. לפיכך, עלינו לחלק את שני הצדדים ב- V: PV / V = ​​nRT / V. שני ה- V בצד שמאל מסולקים, ומשאירים את P = nRT / V בסוף.
   • ואז החליפו נוסחה זו בכל אות P בצד ימין של משוואת הלחץ החלקי: P_סה"כ = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   פרסומת

חלק 2 מתוך 3: חישוב לחץ חלקי, ואז לחץ כולל

1. 

   
   
   
   
   קבע את משוואות הלחץ החלקיות לבעיות שניתנו. להמחשת חישוב זה, נניח שיש לנו בקבוק 2 ליטר המכיל 3 גזים: חנקן (N₂), חמצן (O₂), ופחמן דו חמצני (CO₂). לכל גז 10 גרם, והטמפרטורה של כל גז בגליל היא 37 מעלות צלזיוס. עלינו למצוא את הלחץ החלקי של כל גז ואת הלחץ הכולל של תערובת הגז הפועלת על הגליל.
   • משוואת הלחץ החלקית נכתבת כדלקמן P_סה"כ = P_חַנקָן + P_חַמצָן + P_{פחמן דו חמצני}.
   • מכיוון שאנו מחפשים את הלחץ של כל גז, אנו יודעים את הנפח, את הטמפרטורה, ונוכל למצוא את מספר השומה של כל גז על בסיס המסה שלהם, משוואה זו נכתבה מחדש ל: P_סה"כ = (nRT / V) _חַנקָן + (nRT / V) _חַמצָן + (nRT / V) _{פחמן דו חמצני}

2. 

   
   
   המירו את הטמפרטורה למעלות קלווין. הטמפרטורה של הגזים היא 37 מעלות צלזיוס ולכן אנו מוסיפים 37 פלוס 273 כדי לקבל 310 מעלות ק.

3. 

   מצא את מספר השומות של כל גז בבקבוק. מספר שומות הגז הוא מסת הגז חלקי המסה הטוחנת שלו, כאשר המסה הטוחנת היא המסה הכוללת של כל אטום המרכיב את החומר.
   • עבור הגז הראשון, לחנקן יש הנוסחה המולקולרית (N₂), לכל אטום יש מסה 14. מכיוון שלמולקולת החנקן שני אטומים, עלינו להכפיל 14 ב -2 כדי לקבל משקל מולקולרי של חנקן 28, ואז לחלק את המסה בגרם ל- 10 גרם. תן 28 כדי לקבל את מספר השומות, לעגל את התוצאה לכ- 0.4 מול של גז חנקן.
   • עבור הגז השני, לחמצן יש הנוסחה המולקולרית (O₂), לכל אטום מסה של 16. למולקולת החמצן יש גם שני אטומים, עלינו להכפיל 16 ב -2 כדי לקבל מסת מולקולת חמצן של 32. חלוקה של 10 גרם על 32 נותנת תוצאה משוערת 0.3 שומה חמצן בבקבוק.
   • גז שלישי הוא הנוסחה הפחמן הדו חמצני (CO₂), ישנם 3 אטומים: אטום פחמן אחד עם מסה 12, שני אטומי חמצן עם כל אטום בעל מסה 16. אנו מוסיפים את המסה של שלושה אטומים: 12 + 16 + 16 = 44 הוא מסה מולקולה. חלוקת 10 גרם ב 44 נותנת כ 0.2 מול פחמן דו חמצני.

4. 

   
   
   חבר את הערכים של mol, נפח וטמפרטורה למשוואה. עכשיו המשוואה נראית כך: P_סה"כ = (0.4 * R * 310/2) _חַנקָן + (0,3 * R * 310/2) _חַמצָן + (0.2 * R * 310/2) _{פחמן דו חמצני}.
   • לשם פשטות אנו משמיטים את יחידת המידה לערכים. יחידות אלה ייהרסו לאחר שתפתור את המשוואה ותשאיר רק את יחידת המידה של התוצאה בלחץ.

5. 

   החלף את הערך של הקבוע R. אנו נעבוד את תוצאות הלחץ החלקי והסה"כ באטמוספרות, לכן נשתמש בערך R של 0.0821 ל 'אטמ / K מול. הכנסת ערך זה למשוואה מניבה P_סה"כ =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _חַנקָן + (0,3 *0,0821 * 310/2) _חַמצָן + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{פחמן דו חמצני}.

6. 

   חשב את הלחץ החלקי של כל גז. כעת לאחר שחיברנו את הערכים שלנו, הדבר הבא לעשות הוא לפתור את זה.
   • עבור הלחץ החלקי של חנקן, הכפל 0.4 mol בקבוע 0.0821 ובטמפרטורה 310 מעלות K, ואז חלק עם 2 ליטר: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 כספומט (בערך).
   • עבור הלחץ החלקי של חמצן, הכפלו 0.3 מול בקבוע 0.0821 ובטמפרטורה 310 מעלות K, ואז חלקו ב -2 ליטר: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3.82 כספומט (בערך).
   • עבור הלחץ החלקי של הפחמן הדו-חמצני, הכפל 0.2 mol בקבוע 0.0821 ובטמפרטורה 310 מעלות K, ואז חלק ב -2 ליטר: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 כספומט (בערך).
   • כעת הוסיפו את הלחצים הללו כדי למצוא את הלחץ הכולל: P_סה"כ = 5.09 + 3.82 + 2.54 = 11.45 כספומט (בערך).
   פרסומת

חלק 3 מתוך 3: חשב את הלחץ הכולל ואז את הלחץ החלקי

1. 

   קבע את משוואת הלחץ החלקית כמפורט לעיל. שוב, נניח שיש לנו בקבוק 2 ליטר המכיל 3 גזים: חנקן (N₂), חמצן (O₂), ופחמן דו חמצני (CO₂). לכל גז יש 10 גרם, והטמפרטורה של כל גז בגליל היא 37 מעלות צלזיוס.
   • הטמפרטורה של קלווין היא עדיין 310 מעלות, ובדיוק כמו לעיל, יש לנו כ 0.4 מיל חנקן, 0.3 מול חמצן ו 0.2 מול פחמן דו חמצני.
   • באופן דומה נחשב את התוצאות באטמוספירה ולכן נשתמש בערך R של 0.0821 ל 'אטמ / ק' מול.
   • בשלב זה נותרה משוואת הלחץ החלקית: P_סה"כ =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _חַנקָן + (0,3 *0,0821 * 310/2) _חַמצָן + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{פחמן דו חמצני}.

2. 

   הוסף את מספר השומות של כל גז בגליל כדי למצוא את סך השומות של תערובת הגז. מכיוון שהנפחים והטמפרטורות של הגזים בגליל זהים, והמסה המולקולרית של כל גז מוכפלת באותה קבוע, אנו יכולים להשתמש במאפיין החלוקתי של המתמטיקה כדי לשכתב את המשוואה. התהליך הוא P_סה"כ = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • מוסיפים 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 שומן של תערובת גז. המשוואה מופחתת עוד יותר ל- P_סה"כ = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   מצא את הלחץ הכולל של תערובת הגז. קח 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 מול (בערך).

4. 

   מצא את הפרופורציה של כל גז המרכיב את התערובת. אתה מחלק את מספר השומות לגז במספר השומות של תערובת הגז.
   • יש לנו 0.4 מול חנקן ולכן אנו לוקחים 0.4 / 0.9 = 0.44 (44%) בתערובת הגז (בערך).
   • יש לנו 0.3 שומה חמצן ולכן אנו לוקחים 0.3 / 0.9 = 0.33 (33%) בתערובת הגז (בערך).
   • יש לנו 0.2 מול פחמן דו חמצני אז אנחנו לוקחים 0.2 / 0.9 = 0.22 (22%) בתערובת הגז (בערך).
   • למרות שהאחוזים המשוערים לעיל מסתכמים ב -0.99 בלבד, הרי שבאמת העשרוניות חוזרות ונשנות, כאשר הסכום הוא סדרה של 9 אחרי הפסיק. בהגדרה זה שווה ערך ל -1 או 100 אחוז.

5. 

   הכפל את יחס המסה לגז בלחץ הכולל כדי למצוא את הלחץ החלקי.
   • קח 0.44 * 11.45 = 5.04 כספומט (בערך).
   • קח 0.33 * 11.45 = 3.78 כספומט (בערך).
   • קח 0.22 * 11.45 = 2.52 כספומט (בערך).
   פרסומת

עֵצָה

• תוכלו להבחין בפער קל בין חישוב הלחץ החלקי לחישוב הלחץ החלקי לחישוב הלחץ החלקי. זכור שהערכים המחושבים הם מקורבים בלבד מכיוון שאנו עגולים למספרים 1 או 2 אחרי פסיקים כדי להפוך אותם לפשוטים יותר.אם נשתמש במחשבון לביצוע חישובים ללא עיגול, הסטייה בין שתי השיטות הללו תהיה קטנה עוד יותר, אפילו לא.

אַזהָרָה

• עבור צוללנים, הידע על לחץ חלקי הגז חשוב במיוחד מכיוון שהוא קשור לחייהם. לחץ חלקי של חמצן נמוך מדי עלול לגרום לאובדן הכרה או מוות, בעוד שלחץ חלקי גבוה מדי של חנקן או חמצן עלול לגרום להרעלה.

מה אתה צריך

• מחשב נייד
• ספר עיון למסה אטומית / מסת טוחנת