Парциалды қысымды есептеңіз

Мазмұны

Басу үшін
3-тен 1-бөлім: Газдардың қасиеттерін түсіну
3-тен 2-бөлім: ішінара, содан кейін жалпы қысымды есептеу
3-тің 3-бөлімі: Жалпы және ішінара қысымды есептеу
Кеңестер
Ескертулер
Қажеттіліктер

Химияда «ішінара қысым» дегеніміз газ қоспасындағы әр газдың қоршаған ортаға тигізетін қысымы, мысалы, эрленмейер колбасы, сүңгуірдің оттегі цилиндрі немесе атмосфераның шекарасы. Қоспадағы әр газдың қысымын жеке есептеуге болады, егер сіз осы газдың қанша мөлшерін, оның қандай көлемді алатындығын және температураның қандай екенін білсеңіз. Осыдан кейін газ қоспасының жалпы қысымына осы ішінара қысымды қосуға болады немесе алдымен жалпы қысымды есептеп, содан кейін әр газдың ішінара қысымын анықтауға болады.

Басу үшін

3-тен 1-бөлім: Газдардың қасиеттерін түсіну

Кез-келген газды «идеал» газ ретінде қарастырыңыз. Химиядағы идеал газ - бұл басқа газдармен олардың молекулаларына тартылмай өзара әрекеттесетін газ. Жеке молекулалар бильярд шарлары тәрізді деформацияланбай, қол тигізіп, рикошет жасай алады.
- Идеал газдардың қысымы оларды кіші кеңістіктерге қысқанда жоғарылайды, ал оларға көбірек орын берілгенде азаяды. Бұл қатынас Бойль заңы деп аталады, Роберт Бойлдың атымен аталған. Оның теңдеуі k = P x V, немесе жалпы алғанда k = PV, мұндағы k - тұрақты қатынас, P - қысым, V - көлем.
- Қысымды мүмкін болатын өлшем бірлігінің бірінде беруге болады. Мүмкіндіктердің бірі - бір шаршы метрге бір Ньютонның күші ретінде анықталған Паскаль (Па). Басқасы - атмосфера (атм.), Атмосфераның теңіз деңгейіндегі қысымы ретінде анықталады. 1 атм қысым. 101,325 Па-ға тең.
- Идеал газдың температурасы газ көлемімен бірге көтеріледі немесе төмендейді. Бұл қарым-қатынас Жак Шарль атындағы Шарль заңы деп аталады. Математикалық түрде сіз мұны k = V / T деп жазасыз, мұндағы k - көлем мен температура арасындағы тұрақты байланыс, V - көлем және T - температура.
- Бұл теңдеуде газдар үшін температура Цельсий градусына 273 қосу арқылы түрлендіруге болатын Кельвин градусында берілген.
- Бұл екі қатынасты бір теңдеуге біріктіруге болады: k = PV / T, оны PV = kT түрінде де жазуға болады.
Газдар өлшенетін шамаларды анықтаңыз. Газдардың массасы да, көлемі де бар. Көлем әдетте литрмен (л) өлшенеді, бірақ массаның екі түрі бар.
- Конвенция массаны граммен немесе егер массасы жеткілікті болса, килограммен өлшеуге арналған.
- Газдардың аз массасының арқасында олар массаның басқа түрінде, яғни молекулалық немесе молярлық масса түрінде өлшенеді. Молярлық масса әр атомды көміртегі үшін 12 мәнімен салыстыра отырып, газды құрайтын құрамдағы әр атомның атомдық массасының қосындысы ретінде анықталады.
- Атомдар мен молекулалар жұмыс істеуге тым кішкентай болғандықтан, газдың мөлшері Моль саны ретінде анықталады. Берілген газда болатын моль санын массаны молярлық массаға бөлу арқылы табуға болады және бұл n әрпімен ұсынылған.
- Біз газ теңдеуіндегі ерікті к-ті n-дің көбейтіндісімен, Моль санымен және жаңа тұрақты R-мен алмастыра аламыз. Енді теңдеуді nR = PV / T немесе PV = nRT түрінде жазуға болады.
- R шамасы газдардың қысымын, көлемін және температурасын өлшеуге арналған бірліктерге байланысты. Литрдегі көлемге, температура Кельвинге және атмосферадағы қысымға негізделген, оның мәні 0,0821 л атм / К моль. Мұны 0,0821 л атм деп атап өтуге болады. Бірліктердегі бөлу белгісін болдырмау үшін К моль.
Далтонның ішінара қысым заңын түсіну. Дальтон заңы, аты айтып тұрғандай, химиялық элементтер атомдардан тұрады деген идеяны бірінші болып дамытқан химик және физик Джон Далтон жасаған және газ қоспасының жалпы қысымы оның қосындысына тең деп тұжырымдайды. қоспадағы газдардың әрқайсысының қысымы.
- Дальтон заңын теңдеу түрінде Р түрінде жазуға болады._{барлығы} = P₁ + P₂ + P₃ ... Қоспада қанша газ болса, тең белгісінің соңында сонша толықтырулар бар.
- Дальтон заңын жеке парциалдық қысымы белгісіз, бірақ олардың көлемі мен температурасын білетін газдармен жұмыс кезінде кеңейтуге болады. Газдың парциалды қысымы ыдыстағы жалғыз газ болған кездегі газдың қысымымен бірдей.
- Кез-келген ішінара қысым үшін біз идеал газ теңдеуін PV = nRT формуласының орнына теңдік белгісінің сол жағында ғана P болатындай етіп қайта жаза аламыз. Ол үшін екі жағын да V-ге бөлеміз: PV / V = nRT / V. Сол жақтағы екі V бір-бірін жояды, P = nRT / V қалады.
- Содан кейін біз P-дің әр данасын парциалды қысым теңдеуінің оң жағына индексімен орналастыра аламыз: P_{барлығы} = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …

3-тен 2-бөлім: ішінара, содан кейін жалпы қысымды есептеу

Сіз жұмыс істейтін газдардың ішінара қысым теңдеуін анықтаңыз. Осы есептеу үшін 2 литрлік конус колбада 3 газ бар деп болжаймыз: азот (N₂), оттегі (O₂) және көмірқышқыл газы (СО)₂). Әр газдың салмағы 10 г, колбадағы әр газдың температурасы 37 градус Цельсий. Әр газдың ішінара қысымын және газ қоспасының колбаға тигізетін жалпы қысымын анықтауымыз керек.
- Парциалды қысымның теңдеуі енді Р болады._{барлығы} = P_азот + P_оттегі + P_{Көмір қышқыл газы}.
- Біз әр газдың қысымын анықтауға тырысып жатқандықтан, оның көлемі мен температурасын білеміз және әр газдың қанша моль бар екенін массасына қарай есептей аламыз, бұл теңдеуді келесідей етіп қайта жазуға болады: P_{барлығы} = (nRT / V) _азот + (nRT / V) _оттегі + (nRT / V) _{Көмір қышқыл газы}
Температураны Кельвин градусына дейін өзгертіңіз. Температура Цельсий бойынша 37 градус, сондықтан біз оған 273 қосып, 310 градус К аламыз.
Үлгіде кездесетін әр газдың моль санын анықтаңыз. Газдың моль саны деп сол газдың массасын оның молярлық массасына, оның құрамындағы әр атомның атомдық массасының қосындысына бөледі.
- Бірінші газдың әрбір атомы, азот (N₂), атомдық салмағы 14 азот диатомды болғандықтан (ол екі атомы бар молекулалар түзеді), 14-ті 2-ге көбейтіп, үліктегі азот концентрациясының 28 молярлық массасы болатынын есептеу керек. Содан кейін біз массасы 10 г, 28-ге тең болады және азоттың 0,4 мольіне дейін дөңгелектейтін моль санын алады.
- Екінші газдағы әрбір атом, оттегі (О₂), атомдық салмағы 16-ға тең. Оттегі де диатомдық, сондықтан 16-ны 2-ге көбейтіп, мысалымыздағы оттегінің молярлық массасы 32-ге тең болатындығын анықтаймыз. 10 г-ны 32-ге бөліп, шамамен 0,3 моль оттегін аламыз.
- Үшінші газ, көмірқышқыл газы (СО)₂), 3 атомы бар: атомдық салмағы 12 көміртек атомы және әрқайсысы атомдық салмағы 16 оттегі екі атом, біз үш салмақты қосамыз: 12 + 16 + 16 = 44 - молярлық масса. 10 г-ны 44-ке бөліп, шамамен 0,2 моль көмірқышқыл газын аламыз.
Мольдердің, көлемнің және температураның мәндерін теңдеуге енгізіңіз. Біздің теңдеуіміз енді келесідей: П._{барлығы}= (0,4 * R * 310/2)_азот+ (0,3 * R * 310/2)_оттегі+ (0,2 * R * 310/2)_{Көмір қышқыл газы}.
- Қарапайымдылық үшін біз мәндер бірліктерін алып тастадық. Есептеу кезінде бұл қондырғылар жойылады, тек қысымды көрсететін қондырғы қалады.
R тұрақтысының мәнін енгізіңіз. Біз атмосферадағы ішінара және толық қысым туралы есеп береміз, сондықтан R мәні 0,0821 л атм / К мольді қолданамыз. Бұл мәнді теңдеуге енгізіңіз, сонда біз жауап аламыз: P_{толығымен береді}=(0,4 * 0,0821 * 310 / 2)_азот+(0,3 * 0,0821 * 310 / 2)_оттегі+(0,2 * 0,0821 * 310 / 2)_{Көмір қышқыл газы}.
Әрбір газ үшін парциалды қысымды есептеңіз. Енді мәндерді алғаннан кейін, математикалық есептеулерді бастауға уақыт келді.
- Азоттың парциалды қысымы үшін біз 0,4 мольді тұрақты 0,0821-ге және 310 градус температураға көбейтеміз, содан кейін оны 2 литрге бөлеміз: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 атм. (туралы).
- Оттегінің ішінара қысымы үшін біз 0,3 мольді тұрақты 0,0821-ге және 310 градус температурамызға көбейтеміз, оны 2 литрге бөлеміз: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 атм. (туралы).
- Көмірқышқыл газының парциалды қысымы үшін біз 0,2 мольді 0,0821 тұрақтыға және 310 градус температураға көбейтеміз, оны 2 литрге бөлеміз: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 атм. (туралы).
- Енді әрбір қысымды жалпы қысымға қосады: P_{барлығы} = 5.09 + 3.82 + 2.54, немесе 11.45 атм. (туралы).

3-тің 3-бөлімі: Жалпы және ішінара қысымды есептеу

Парциалды қысым теңдеуін бұрынғыдай анықтаңыз. Тағы да біз 3 газдан тұратын 2 литрлік конус колбаны аламыз: азот (Н.₂), оттегі (O₂) және көмірқышқыл газы (СО)₂). Әр газдың 10 г-нан, ал колбадағы әр газдың температурасы 37 градус Цельсий.
- Кельвин температурасы шамамен 310 градус, және бұрынғыдай бізде 0,4 моль азот, 0,3 моль оттегі және 0,2 моль көмірқышқыл газы бар.
- Сол сияқты біз R константасы үшін 0,0821 л атм / К моль пайдаланып, атмосферадағы қысымды тағы да тіркейміз.
- Сонымен, қысымның парциалдық теңдеуі осы сәтте бірдей болып көрінеді: Р._{барлығы}=(0,4 * 0,0821 * 310 / 2)_азот+(0,3 * 0,0821 * 310 / 2)_оттегі+(0,2 * 0,0821 * 310 / 2)_{Көмір қышқыл газы}.
Үлгідегі әрбір газдың моль санын қосыңыз, газ қоспасындағы мольдің жалпы санын анықтаңыз. Көлемі мен температурасы газдағы әрбір сынама үшін бірдей болғандықтан, әрбір молярлық мәні бірдей тұрақтыға көбейтілетіні туралы айтпағанда, біз математиканың үлестірімділік қасиетін пайдаланып теңдеуді P түрінде қайта жаза аламыз._{барлығы} = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310 / 2.
- 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 моль газ қоспасы. Бұл теңдеуді одан әрі оңайлатады: P._{барлығы} = 0.9 * 0.0821 * 310 / 2.
Газ қоспасының жалпы қысымын анықтаңыз. 0,9 0,0821 310/2 = 11,45 моль (шамамен).
Әр газдың жалпы газ қоспасынан қанша тұратындығын анықтаңыз. Мұны сіз мольдің жалпы санын әр газдың моль санына бөлу арқылы жасайсыз.
- 0,4 моль азот бар, сондықтан үлгінің 0,4 / 0,9 = 0,44 (44 пайызы) (шамамен).
- 0,3 моль оттегі бар, сондықтан үлгінің 0,3 / 0,9 = 0,33 (33 пайызы) (шамамен).
- 0,2 моль көмірқышқыл газы бар, сондықтан үлгінің 0,2 / 0,9 = 0,22 (22 пайызы) (шамамен).
- Жоғарыда көрсетілген пайыздық көрсеткіштер 0,99-ға дейін қосқанымен, ондық бөлшектер қайталана береді, сондықтан қосынды шын мәнінде ондық нүктеден кейінгі тоғыздықтардың қайталанатын тізбегі болып табылады. Анықтама бойынша бұл 1 немесе 100 пайызға тең.
Парциалды қысымды табу үшін әр газдың пропорционалды мөлшерін жалпы қысымға көбейт.
- 0,44 * 11,45 = 5,04 атм көбейтіңіз. (туралы).
- 0,33 * 11,45 = 3,78 атм көбейтіңіз. (туралы).
- 0,22 * 11,45 = 2,52 атм көбейтіңіз. (туралы).

Кеңестер

Алдымен толық қысымды, содан кейін ішінара қысымды анықтаумен салыстырғанда, ішінара қысымнан бастап, содан кейін жалпы қысымды анықтайтын шамалардың шамалы айырмашылығын байқайсыз. 1 немесе 2 ондық бөлшектерге дөңгелектеуге байланысты көрсетілген мәндердің шамамен алынғанын есте ұстаған жөн (оларды түсінуді жеңілдету үшін. Егер сіз калькулятор көмегімен есептеулерді дөңгелектемей өзіңіз жасасаңыз, сіз неғұрлым аз айырмашылықты байқайсыз) екі әдіс, немесе ешқандай айырмашылық жоқ.

Ескертулер

Газдың ішінара қысымын білу сүңгуірлер үшін өмір немесе өлім мәселесі болуы мүмкін. Оттегінің ішінара қысымы тым төмен болса, ол санасыздыққа немесе өлімге әкелуі мүмкін, ал азот пен оттегінің ішінара қысымы да улы болуы мүмкін.