Sisältö

• Askeleet
• Neuvoja
• Varoitus
• Mitä tarvitset

Kemiassa "osapaine" on kunkin ympäröivään ympäristöön vaikuttavan kaasuseoksen kaasun paine, kuten laboratorion näytesäiliö, sukeltajan kaasusäiliö tai ympäröivä tila. ilmapiiri. Voit laskea jokaisen seoksessa olevan kaasun paineen, jos tiedät sen massan, tilavuuden ja lämpötilan. Sitten lisätään osapaineet saadaksesi kaasuseoksen kokonaispaineen, tai löydät ensin kokonaispaineen ja sitten osapaineen.

Askeleet

Osa 1/3: Kaasun ominaisuuksien ymmärtäminen

1. 

   Käsittele kutakin kaasua "ihanteellisena" kaasuna. Kemiassa ihanteellinen kaasu on vuorovaikutuksessa muiden kaasujen kanssa vetämättä niiden molekyyleihin. Kaasumolekyylit voivat törmätä toisiinsa ja pomppia kuin biljardipallo ilman muodonmuutoksia.
   • Ihanteellisen kaasun paine kasvaa, kun se puristuu pienempään tilaan, ja pienenee, kun se leviää suurempaan tilaan. Tämä suhde tunnetaan nimellä Boylen laki (nimetty tiedemies Robert Boylen mukaan). Matemaattinen kaava osoittaa, että tämä suhde on k = P x V tai yksinkertaisemmin k = PV, missä k on vakio suhde paineen ja tilavuuden välillä, P on paine ja V on kappale. alueella.
   • Ongelmalle voidaan antaa paine yhdessä monista eri yksiköistä. Missä pascal (Pa) määritellään newtonin voimaksi, joka vaikuttaa neliömetriin. Toinen yksikkö on ilmakehä (atm), joka määritellään maan ilmakehän paineeksi merenpinnan tasaisella korkeudella. 1 atm: n paine on 101 325 Pa.
   • Ihanteellisen kaasun lämpötila nousee tilavuuden kasvaessa ja laskee tilavuuden laskiessa. Tämä suhde tunnetaan nimellä Charlesin laki (nimetty tiedemies Jacques Charlesin mukaan). Tämän matemaattinen kaava on k = V / T, jossa k on vakion suhde tilavuuden ja lämpötilan välillä, V on tilavuus ja T on lämpötila.
   • Tämän yhtälön kaasun lämpötila lasketaan Kelvin-asteina ja Kelvin-asteina lisäämällä Celsius-aste 273: lla.
   • Nämä kaksi suhdetta voidaan yhdistää yhdeksi yhtälöksi: k = PV / T, tai ne voidaan kirjoittaa PV = kT.

2. 

   
   
   Määrittää kaasun mittaamiseen käytetyn massayksikön. Kaasulla on sekä massa että tilavuus. Tilavuudet mitataan yleensä litroina (l), mutta kaasumassaa on kaksi.
   • Tavanomaiset massat mitataan grammoina tai, jos massa on riittävän suuri, kilogrammoina.
   • Koska useimmat kaasut ovat usein niin kevyitä, ne mitataan myös toisella massamuodolla, jota kutsutaan moolimassaksi tai moolimassaksi. Moolimassa määritellään kunkin atomin atomimassan summana kaasun koostumuksessa kunkin atomin massaan verrattuna hiilen massaan (arvo 12).
   • Koska atomit ja molekyylit ovat niin pieniä laskettaessa, kaasun massa määritellään moolina. Kaasumäärässä olevien moolien lukumäärä voidaan laskea jakamalla kaasun massa sen moolimassaan, ja se on merkitty kirjaimella n.
   • Voimme korvata minkä tahansa vakion k kaasuyhtälössä tulolla n, moolien lukumäärällä ja uudella vakiolla R. Meillä on nyt yhtälö nR = PV / T tai PV = nRT.
   • R-arvo riippuu yksiköstä, jota käytetään kaasun paineen, tilavuuden ja lämpötilan mittaamiseen. Jos tilavuus on litroina, lämpötila Kelvin-asteina ja paine ilmakehässä, tämä on 0,0821 L atm / K mol. Voit myös kirjoittaa 0,0821 L atm K mol välttääksesi jaon kauttaviivan käyttämistä mittayksiköissä.

3. 

   
   
   Daltonin osittaisen paineen laki. Tämän lain ehdotti kemisti ja fyysikko John Dalton, joka esitteli atomien kemiallisen alkuaineen käsitteen ensimmäistä kertaa. Daltonin laissa todetaan, että kaasuseoksen kokonaispaine on jokaisen seoksessa olevan kaasun kokonaispaine.
   • Daltonin laki voidaan kirjoittaa yhtälöön P: n jälkeen_{kaikki yhteensä} = P₁ + P₂ + P₃ ... paineen P määrän ollessa yhtä suuri kuin seoksessa olevien kaasujen lukumäärä.
   • Daltonin lain yhtälö voidaan kehittää käsiteltäessä kaasuja, joiden osapainetta ei tunneta, mutta joiden tilavuus ja lämpötila tunnetaan. Kaasun osapaine on paine, jonka saman määrän kaasua käytetään säiliössä, joka sisältää vain sen yksinään.
   • Kullekin osapaineelle voimme kirjoittaa ihanteellisen kaasuyhtälön PV = nRT muotoon, jonka P on vain yhtäläisyysmerkin vasemmalla puolella. Joten meidän on jaettava molemmat puolet V: llä: PV / V = ​​nRT / V. Vasemman puolen kaksi V: tä eliminoidaan, jolloin P = nRT / V jäävät loppuun.
   • Korvaa sitten tämä kaava jokaisella kirjaimella P osapaineyhtälön oikealla puolella: P_{kaikki yhteensä} = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   mainos

Osa 2/3: Laske osapaine ja sitten kokonaispaine

1. 

   
   
   
   
   Määritä annettujen ongelmien osapaineyhtälöt. Tämän laskelman havainnollistamiseksi oletetaan, että meillä on 2 litran pullo, joka sisältää 3 kaasua: typpeä (N₂), happi (O₂) ja hiilidioksidi (CO₂). Jokaisessa kaasussa on 10 g ja jokaisen kaasun lämpötila sylinterissä on 37 astetta. Meidän on löydettävä kunkin kaasun osapaine ja sylinteriin vaikuttavan kaasuseoksen kokonaispaine.
   • Osapaineyhtälö kirjoitetaan seuraavasti P_{kaikki yhteensä} = P_Typpi + P_happi + P_{hiilidioksidi}.
   • Koska etsimme kunkin kaasun painetta, tiedämme tilavuuden, lämpötilan ja voimme löytää kunkin kaasun mooliluvun niiden massan perusteella, tämä yhtälö kirjoitetaan uudelleen: P_{kaikki yhteensä} = (nRT / V) _Typpi + (nRT / V) _happi + (nRT / V) _{hiilidioksidi}

2. 

   
   
   Muunna lämpötila Kelvin-asteiksi. Kaasujen lämpötila on 37 astetta, joten lisätään 37 plus 273 saadaksesi 310 astetta K.

3. 

   Etsi pullon kunkin kaasun moolimäärä. Kaasumoolien lukumäärä on kaasun massa jaettuna sen moolimassaan, missä moolimassa on kunkin aineen muodostavan atomin kokonaismassa.
   • Ensimmäisen kaasun typellä on molekyylikaava (N₂), jokaisella atomilla on massa 14. Koska typpimolekyylillä on kaksi atomia, meidän on kerrottava 14 kahdella saadaksesi typen molekyylipainon 28, ja sitten massa grammoina 10 g: lla. anna 28 saadaksesi moolien määrän, pyöristä tulos noin 0,4 mooliin typpikaasua.
   • Toista kaasua varten hapella on molekyylikaava (O₂), jokaisella atomilla on massa 16. Happimolekyylillä on myös kaksi atomia, meidän on kerrottava 16 kahdella saadaksesi happimolekyylimassan 32. Jakamalla 10 g 32: lla saadaan likimääräinen tulos 0,3 moolia happea pullossa.
   • Kolmas kaasu on kaavan mukainen hiilidioksidi (CO₂), on 3 atomia: yksi hiiliatomi, jonka massa on 12, kaksi happiatomia, jokaisen massaatomin kanssa 16. Lisätään kolmen atomin massa: 12 + 16 + 16 = 44 on massa molekyyli. Jakamalla 10 g 44: llä saadaan noin 0,2 moolia hiilidioksidia.

4. 

   
   
   Liitä moolin, tilavuuden ja lämpötilan arvot yhtälöön. Nyt yhtälö näyttää tältä: P_{kaikki yhteensä} = (0,4 * R * 310/2) _Typpi + (0,3 * R * 310/2) _happi + (0,2 * R * 310/2) _{hiilidioksidi}.
   • Yksinkertaisuuden vuoksi jätämme arvojen mittayksikön pois. Nämä yksiköt tuhoutuvat, kun ratkaiset yhtälön, jolloin paineeseen jää vain tuloksen mittayksikkö.

5. 

   Korvaa vakion R arvo. Tulemme selvittämään osittaisen ja kokonaispaineen tulokset ilmakehissä, joten käytämme R-arvoa 0,0821 L atm / K mol. Tämän arvon lisääminen yhtälöön tuottaa P: n_{kaikki yhteensä} =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Typpi + (0,3 *0,0821 * 310/2) _happi + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{hiilidioksidi}.

6. 

   Laske kunkin kaasun osapaine. Nyt kun olemme liittäneet arvomme, seuraava asia on ratkaista se.
   • Typen osapaineelle kerrotaan 0,4 mol vakiolla 0,0821 ja lämpötilalla 310 ° K ja jaetaan sitten 2 litralla: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = Noin 5,09 atm (noin).
   • Hapen osapaineen osalta kerrotaan 0,3 mol vakiolla 0,0821 ja lämpötilalla 310 K, jaetaan sitten 2 litralla: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = Noin 3,82 atm (noin).
   • Hiilidioksidin osapaineelle kerrotaan 0,2 mol vakiolla 0,0821 ja lämpötilalla 310 K, ja jaetaan sitten 2 litralla: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = noin 2,54 atm (noin).
   • Laskemalla nyt yhteen nämä paineet kokonaispaineen löytämiseksi: P_{kaikki yhteensä} = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 atm (noin).
   mainos

Osa 3/3: Laske kokonaispaine ja sitten osapaine

1. 

   Määritä osapaineyhtälö kuten yllä. Oletetaan jälleen, että meillä on 2 litran pullo, joka sisältää 3 kaasua: typpeä (N₂), happi (O₂) ja hiilidioksidi (CO₂). Jokaisessa kaasussa on 10 g ja kunkin kaasun lämpötila sylinterissä on 37 astetta.
   • Kelvinin lämpötila on edelleen 310 astetta, ja kuten yllä, meillä on noin 0,4 mol typpeä, 0,3 moolia happea ja 0,2 moolia hiilidioksidia.
   • Samoin laskemme tulokset ilmakehässä, joten käytämme R-arvoa 0,0821 L atm / K mol.
   • Tässä vaiheessa osapaineyhtälö pysyy: P_{kaikki yhteensä} =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Typpi + (0,3 *0,0821 * 310/2) _happi + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{hiilidioksidi}.

2. 

   Lisää sylinterin kunkin kaasun moolimäärä, jotta saat selville kaasuseoksen kokonaismoolit. Koska sylinterin kaasujen tilavuudet ja lämpötilat ovat samat ja jokaisen kaasun molekyylimassa kerrotaan myös samalla vakiolla, voimme kirjoittaa matemaattisen jakauman ominaisuuden yhtälön uudelleenkirjoittamiseen. Prosessi on P_{kaikki yhteensä} = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Lisää 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol kaasuseosta. Yhtälö pienenee edelleen arvoon P_{kaikki yhteensä} = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Selvitä kaasuseoksen kokonaispaine. Ota 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol (noin).

4. 

   Selvitä seoksen jokaisen kaasun osuus. Jaat moolien määrän kaasua kohden kaasuseoksen kokonaismoolilla.
   • Meillä on 0,4 moolia typpeä, joten kaasuseoksessa (noin) otetaan 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%).
   • Meillä on 0,3 moolia happea, joten otamme 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) kaasuseoksessa (noin).
   • Meillä on 0,2 moolia hiilidioksidia, joten otamme 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) kaasuseoksessa (noin).
   • Vaikka edellä mainitut likimääräiset prosenttiosuudet ovat vain 0,99, tosiasiassa desimaalit toistuvat, ja summa on yhdeksänsarja pilkun jälkeen. Määritelmän mukaan tämä vastaa 1 tai 100 prosenttia.

5. 

   Kerro massaprosentti kaasua kohti kokonaispaineesta osapaineen löytämiseksi.
   • Ota 0,44 * 11,45 = 5,04 atm (noin).
   • Ota 0,33 * 11,45 = 3,78 atm (noin).
   • Ota 0,22 * 11,45 = 2,52 atm (noin).
   mainos

Neuvoja

• Huomaat pienen ristiriidan ensin osapainelaskennan ja ensin osapainelaskelman ja osapainelaskennan välillä. Muista, että lasketut arvot ovat vain likimääräisiä lukuja, koska pyöristämme ne yhdeksi tai kahdeksi numeroksi pilkujen jälkeen, jotta ne olisivat yksinkertaisempia.Jos käytämme laskinta laskelmien suorittamiseen pyöristämättä, näiden kahden menetelmän välinen poikkeama on vielä pienempi, ei edes.

Varoitus

• Sukeltajille kaasun osapaineen tuntemus on erityisen tärkeää, koska se liittyy heidän elämäänsä. Liian matala hapen osapaine voi aiheuttaa tajunnan menetystä tai kuoleman, kun taas liian korkea typen tai hapen osapaine voi aiheuttaa myrkytyksen.

Mitä tarvitset

• Kannettava tietokone
• Atomimassan / moolimassan viitekirja