როგორ გამოვთვალოთ ნაწილობრივი წნევა: 14 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: Jason Gerald | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-19 22:13

ქიმიაში "ნაწილობრივი წნევა" არის წნევა, რომელსაც თითოეული აირის გაზის ნარევი ახდენს მის შემოგარენზე, როგორიცაა მოცულობითი კოლბა, მყვინთავ ჰაერის ავზი ან ატმოსფერული საზღვარი. თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ თითოეული აირის წნევა ნარევში, თუ იცით გაზის რაოდენობა, მისი მოცულობა და ტემპერატურა. ნაწილობრივი წნევა შეიძლება დაემატოს ერთად გაზის ნარევის მთლიანი წნევის გამოსათვლელად. მეორეს მხრივ, მთლიანი წნევა შეიძლება წინასწარ გამოითვალოს ნაწილობრივი წნევის გამოსათვლელად.

ნაბიჯი

მე –3 ნაწილი 1: გაზების თვისებების გაცნობიერება

ნაბიჯი 1. განიხილეთ თითოეული გაზი, როგორც "იდეალური" გაზი

ქიმიაში იდეალური გაზი არის გაზი, რომელიც ურთიერთქმედებს სხვა გაზებთან მოლეკულების მოზიდვის გარეშე. მოლეკულებს, რომლებიც მარტოხელა არიან, შეუძლიათ ბილიარდის ბურთების მსგავსად დარტყმა და ახტომა დეფორმირების გარეშე.

იდეალური გაზის წნევა იზრდება მაშინ, როდესაც ის იკუმშება პატარა სივრცეში და მცირდება, როდესაც ის გაფართოვდება უფრო დიდ სივრცეში. ამ ურთიერთობას ქვია რობერტ ბოილის მიერ შექმნილი ბოილის კანონი. მათემატიკურად, ფორმულა არის k = P x V, ან გამარტივდა k = PV– მდე, k არის მუდმივი, P არის წნევა, ხოლო V არის მოცულობა.
ზეწოლის რამდენიმე შესაძლო ერთეული არსებობს. ერთ -ერთი მათგანია პასკალი (პა). ეს ერთეული განისაზღვრება, როგორც ერთი ნიუტონის ძალა, რომელიც გამოიყენება ერთი კვადრატული მეტრის ზედაპირზე. სხვა ერთეული არის ატმოსფერო (ატმ). ატმოსფერო არის დედამიწის ატმოსფეროს წნევა ზღვის დონეზე. წნევა 1 ატმოსფეროს უტოლდება 101,325 პა.
იდეალური აირის ტემპერატურა იზრდება მოცულობის მატებასთან ერთად და მცირდება მოცულობის შემცირებით. ამ ურთიერთობას ჰქვია მეცნიერის ჟაკ შარლის მიერ შექმნილი ჩარლზის კანონი. მათემატიკური ფორმულა არის k = V / T, სადაც k არის მოცულობა და ტემპერატურის მუდმივი, V არის მოცულობა და T არის ტემპერატურა.
გაზის ტემპერატურა ამ განტოლებაში მოცემულია კელვინის გრადუსში, რომელიც მიიღება ცელსიუსში ხარისხის მნიშვნელობის 273 რიცხვის დამატებით.
ორი ზემოთ ფორმულა შეიძლება გაერთიანდეს ერთ განტოლებასთან: k = PV / T, რომელიც ასევე შეიძლება დაიწეროს როგორც PV = kT.

ნაბიჯი 2. განსაზღვრეთ გაზომვის რაოდენობა

გაზებს აქვთ მასა და მოცულობა. მოცულობა ჩვეულებრივ იზომება ლიტრებში (ლ), მაგრამ მასა ორი სახისაა.

ჩვეულებრივი მასა იზომება გრამებში, მაგრამ უფრო დიდი რაოდენობით ერთეული კილოგრამია.
იმის გამო, რომ გაზები ძალიან მსუბუქია, ერთეულები გამოიყენება მოლეკულური მასა ან მოლური მასა. მოლური მასა არის თითოეული ატომის მთლიანი ატომური მასის ჯამი ნაერთში, რომელიც ქმნის გაზს, თითოეული ატომი ნახშირბადის 12 რიცხვთან შედარებით.
ვინაიდან ატომები და მოლეკულები ძალიან მცირეა დასათვლელად, გაზის რაოდენობა მითითებულია მოლებში. მოცემულ გაზში არსებული მოლების რაოდენობა შეიძლება მივიღოთ მასის მოლარის მასაზე გაყოფით და აღინიშნოს n ასოთი.
მუდმივი K გაზის განტოლებაში შეიძლება შეიცვალოს n- ის პროდუქტით, მოლების რაოდენობა (მოლი) და ახალი მუდმივი R. ახლა ფორმულა არის nR = PV/T ან PV = nRT.
R მნიშვნელობა დამოკიდებულია ერთეულებზე, რომლებიც გამოიყენება გაზების წნევის, მოცულობისა და ტემპერატურის გასაზომად. მოცულობით ლიტრებში, ტემპერატურა კელვინში და წნევა ატმოსფეროში, მნიშვნელობა არის 0.0821 ლ ატ./კ მოლი. ეს მნიშვნელობა შეიძლება დაიწეროს როგორც 0.0821 ლ ატმ K^-1 მოლი ^-1 რათა თავიდან იქნას აცილებული შრიფტების გამოყენება საზომი ერთეულების დაყოფის წარმოსადგენად.

ნაბიჯი 3. გაიგეთ დალტონის კანონი ნაწილობრივი წნევის შესახებ

ეს კანონი შემუშავებულია ქიმიკოსისა და ფიზიკოსის ჯონ დალტონის მიერ, რომელმაც პირველად შეიმუშავა კონცეფცია, რომ ქიმიური ელემენტები ატომებისგან შედგება. რა

დალტონის კანონი შეიძლება დაიწეროს შემდეგი ფორმულის სახით P_სულ = პ₁ + პ₂ + პ₃ … ნიშნის მარჯვნივ P- ის რაოდენობა უდრის გაზის რაოდენობას ნარევში.
დალტონის კანონის ფორმულა შეიძლება გაფართოვდეს, როდესაც საქმე ეხება სხვადასხვა გაზებს, რომლებშიც თითოეული აირის ნაწილობრივი წნევა უცნობია, მაგრამ რომლის მოცულობა და ტემპერატურა ცნობილია. გაზის ნაწილობრივი წნევა უდრის ზეწოლას, რომელიც ვარაუდობს, რომ ამ რაოდენობით გაზი არის ერთადერთი გაზი კონტეინერში.
თითოეული ნაწილობრივი წნევისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას იდეალური გაზის ფორმულა. PV = nRT გამოყენების ნაცვლად, მხოლოდ P მარცხნივ შეიძლება გამოყენებულ იქნას. ამისათვის ორივე მხარე იყოფა V- ით: PV/V = nRT/V. ორი V მარჯვენა მხარეს გააუქმებს ერთმანეთს, ტოვებს P = nRT/V.
ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ თითოეული P მარჯვნივ შესაცვლელად, რომელიც წარმოადგენს კონკრეტულ აირს ნაწილობრივი წნევის ფორმულაში: P_სულ = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

3 ნაწილი 2: ნაწილობრივი წნევის გამოთვლა, შემდეგ მთლიანი წნევა

ნაბიჯი 1. დაადგინეთ ნაწილობრივი წნევის განტოლება თითოეული გაზისთვის, რომელსაც თქვენ ითვლით

ამ გამოთვლისთვის ვარაუდობენ, რომ 2 ლიტრიანი კოლბა შეიცავს 3 გაზს: აზოტს (N₂), ჟანგბადი (ო₂) და ნახშირორჟანგი (CO₂). თითოეული აირის მასა 10 გ, ხოლო ტემპერატურა 37 გრადუსი ცელსიუსი. ჩვენ გამოვთვლით თითოეული აირის ნაწილობრივ წნევას და ქიმიური კოლბაში გაზის ნარევის საერთო წნევას.

ნაწილობრივი წნევის ფორმულა არის P_სულ = პ_{აზოტი} + პ_{ჟანგბადი} + პ_{ნახშირორჟანგი}.
ვინაიდან ჩვენ ვეძებთ წნევას თითოეული გაზისთვის ცნობილი მოცულობით და ტემპერატურით, თითოეული აირის მოლის რაოდენობა შეიძლება გამოითვალოს მისი მასის მიხედვით. ფორმულა შეიძლება შეიცვალოს: P_სულ = (nRT/V) _{აზოტი} + (nRT/V) _{ჟანგბადი} + (nRT/V) _{ნახშირორჟანგი}

ნაბიჯი 2. გადააკეთეთ ტემპერატურა კელვინის გრადუსზე

ტემპერატურა ცელსიუსში 37 გრადუსია, ამიტომ დაამატეთ 273 37, რომ მიიღოთ 310 გრადუსი კ.

ნაბიჯი 3. იპოვეთ ნიმუშში არსებული თითოეული აირის მოლის რაოდენობა

გაზების მოლების რაოდენობა არის გაზის მასა გაყოფილი მის მოლურ მასაზე, რაც არის თითოეული ატომის ატომური მასების ჯამი ნარევში.

აზოტის გაზისთვის (N₂), თითოეულ ატომს აქვს ატომური მასა 14. ვინაიდან აზოტი არის დიატომიური (ორ-ატომური მოლეკულა), 14-ის მნიშვნელობა უნდა გამრავლდეს 2-ით, რათა მივიღოთ 28 მოლური მასა აზოტისთვის ამ ნიმუშში. შემდეგ მასა გრამებში, 10 გ, იყოფა 28 -ზე, რომ მიიღოთ მოლების რაოდენობა, ასე რომ შედეგი არის დაახლოებით 0.4 მოლი აზოტი.
შემდეგი გაზისთვის ჟანგბადი (ო₂), თითოეულ ატომს აქვს ატომური მასა 16. ჟანგბადი ასევე დიათომიურია, ამიტომ 16 -ჯერ 2 იძლევა ჟანგბადის მოლურ მასას 32. 10 გრამი გაყოფილი 32 -ზე იძლევა დაახლოებით 0.3 მოლ ჟანგბადს.
შემდეგი არის ნახშირორჟანგი (CO₂), რომელსაც აქვს 3 ატომი, კერძოდ ერთი ნახშირბადის ატომი ატომური მასით 12 და ორი ჟანგბადის ატომი ატომური მასით 16. ეს სამი ატომური მასა ემატება მოლური მასის მისაღებად: 12 + 16 + 16 = 44. შემდეგი 10 გრამი იყოფა 44 -ზე, შედეგად მივიღებთ ნახშირორჟანგის 0.2 მოლს.

ნაბიჯი 4. შეიყვანეთ მოლის მნიშვნელობები, მოცულობა და ტემპერატურა

რიცხვები შევიდა ფორმულაში: P_სულ = (0, 4 * R * 310/2) _{აზოტი} + (0, 3 * R * 310/2) _{ჟანგბადი} + (0, 2 * R * 310/2) _{ნახშირორჟანგი}.

სიმარტივისთვის, ერთეულები არ არის დაწერილი. ეს ერთეულები წაიშლება მათემატიკურ გამოთვლებში, დარჩება მხოლოდ წნევის ერთეულები

ნაბიჯი 5. შეიყვანეთ მუდმივი R- ის მნიშვნელობა

მთლიანი და ნაწილობრივი წნევა გამოიხატება ატმოსფერულ ერთეულებში, ამიტომ R მნიშვნელობა გამოიყენება 0.0821 ლ ატმ/კ მოლი. ეს მნიშვნელობა შემდეგ შეიტანება განტოლებაში ისე, რომ ფორმულა არის P_სულ =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _{აზოტი} + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _{ჟანგბადი} + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{ნახშირორჟანგი}.

ნაბიჯი 6. გამოთვალეთ თითოეული გაზზე ნაწილობრივი წნევა

ახლა, როდესაც ყველა საჭირო მნიშვნელობა ხელმისაწვდომია, დროა გავაკეთოთ მათემატიკა.

აზოტის ნაწილობრივი წნევისთვის 0.4 მოლი მრავლდება 0.0821 მუდმივობით და ტემპერატურა 310 გრადუსი K, შემდეგ იყოფა 2 ლიტრზე: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 ატ., დაახლოებით.
ჟანგბადის ნაწილობრივი წნევისთვის 0.3 მოლი მრავლდება 0.0821 მუდმივობით და ტემპერატურა 310 გრადუსი K, შემდეგ იყოფა 2 ლიტრზე: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3.82 ატ., დაახლოებით.
ნახშირორჟანგის ნაწილობრივი წნევისთვის 0.2 მოლი მრავლდება 0.0821 მუდმივობით და ტემპერატურა 310 გრადუსი K, შემდეგ იყოფა 2 ლიტრზე: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 ატმ, დაახლოებით.
სამი ნაწილობრივი წნევა შემდეგ ემატება მთლიანი წნევის მისაღებად: P_სულ = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54, ან 11.45 ატ., მეტნაკლებად.

მე –3 ნაწილი 3 – დან: მთლიანი წნევის გამოთვლა, შემდეგ ნაწილობრივი

ნაბიჯი 1. დაადგინეთ ნაწილობრივი წნევის ფორმულა, როგორც ადრე

კიდევ ერთხელ, დავუშვათ, რომ 2 ლიტრიანი კოლბა შეიცავს 3 სხვადასხვა გაზს: აზოტს (N₂), ჟანგბადი (ო₂) და ნახშირორჟანგი (CO₂). თითოეული აირის მასა არის 10 გრამი, ხოლო თითოეული ტემპერატურა 37 გრადუსია.

კელვინში ტემპერატურა კვლავ იგივეა 310 გრადუსი და მოლების რაოდენობაა დაახლოებით 0,4 მოლი აზოტი, 0,3 მოლი ჟანგბადი და 0,2 მოლი ნახშირორჟანგი.
გამოყენებული წნევის ერთეული ასევე არის ატმოსფერო, ამიტომ მუდმივი R- ის მნიშვნელობაა 0.0821 ლ ატმ/კ მოლი.
ამრიგად, ნაწილობრივი წნევის განტოლება ამ ეტაპზე კვლავ იგივეა: P_სულ =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _{აზოტი} + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _{ჟანგბადი} + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{ნახშირორჟანგი}.

ნაბიჯი 2. დაამატეთ თითოეული აირის მოლის რაოდენობა ნიმუშში, რომ მიიღოთ გაზის ნარევის მოლების საერთო რაოდენობა

ვინაიდან მოცულობა და ტემპერატურა ერთი და იგივეა თითოეული გაზის ნიმუშისთვის და თითოეული მოლური მნიშვნელობა ასევე გამრავლებულია ერთი და იგივე მუდმივით, ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ მათემატიკის განაწილების თვისება განტოლების გადაწერისათვის შემდეგნაირად:_სულ = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

გააკეთეთ ჯამი: 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 მოლი გაზის ნარევი. განტოლება იქნება უფრო მარტივი, კერძოდ პ_სულ = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

ნაბიჯი 3. გამოთვალეთ გაზის ნარევის მთლიანი წნევა

გააკეთეთ გამრავლება: 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 მოლი, მეტნაკლებად.

ნაბიჯი 4. გამოთვალეთ თითოეული აირის პროპორცია, რომელიც ქმნის ნარევს

ნარევში თითოეული აირის პროპორციის გამოსათვლელად, გაყავით თითოეული აირის მოლების რაოდენობა მოლების საერთო რაოდენობაზე.

არსებობს 0.4 მოლი აზოტი, ასე რომ 0.4/0.9 = 0.44 (44 პროცენტი) ნიმუში, მეტ -ნაკლებად.
არსებობს 0.3 მოლი აზოტი, ამიტომ ნიმუშის 0.3/0.9 = 0.33 (33 პროცენტი), მეტ -ნაკლებად.
ნახშირორჟანგი არის 0.2 მოლი, ამიტომ ნიმუშის 0.2/0.9 = 0.22 (22 პროცენტი), მეტ -ნაკლებად.
მიუხედავად იმისა, რომ სავარაუდო პროცენტული გაანგარიშება ზემოთ ბრუნდება 0.99, ფაქტობრივი ათობითი მნიშვნელობა მეორდება. ეს ნიშნავს, რომ ათწილადის შემდეგ რიცხვი არის 9, რომელიც მეორდება. განმარტებით ეს მნიშვნელობა უდრის 1 -ს, ან 100 პროცენტს.