Kandungan

• Langkah-langkah
• Petua
• Amaran
• Bahan yang diperlukan

Dalam kimia, "tekanan separa" merujuk kepada tekanan yang diberikan oleh setiap gas dalam campuran gas terhadap persekitarannya, seperti botol sampel, tangki udara menyelam atau batas atmosfera. Anda boleh mengira tekanan setiap gas dalam campuran jika anda tahu berapa banyak isinya, isipadu yang dimilikinya dan suhunya. Anda kemudian boleh menambahkan tekanan separa ini untuk mencari tekanan total campuran gas, atau anda dapat mencari tekanan total terlebih dahulu dan kemudian mencari tekanan separa.

Langkah-langkah

Bahagian 1 dari 3: Memahami sifat gas

1. 

   Perlakukan setiap gas sebagai gas "ideal". Gas yang ideal, dalam kimia, adalah gas yang berinteraksi dengan gas lain, tanpa tertarik dengan molekulnya. Molekul individu boleh saling memukul dan melambung seperti bola biliar tanpa cacat dengan cara apa pun.
   • Tekanan gas yang ideal meningkat ketika mereka dimampatkan ke ruang yang lebih kecil dan menurun ketika mengembang ke kawasan yang lebih besar. Hubungan ini dinamakan Boyle's Law, setelah Robert Boyle. Ia digambarkan secara matematik sebagai k = P x V atau, lebih sederhana, k = PV, di mana k mewakili hubungan tetap, P mewakili tekanan dan V mewakili isi padu.
   • Tekanan dapat ditentukan menggunakan salah satu daripada beberapa unit yang mungkin. Salah satunya adalah Pascal (Pa), yang didefinisikan sebagai kekuatan Newton yang diterapkan sepanjang satu meter persegi. Yang lain adalah atmosfer (atm), yang ditakrifkan sebagai tekanan atmosfera Bumi di permukaan laut. Tekanan 1 atm sama dengan 101,325 Pa.
   • Suhu gas yang ideal meningkat seiring dengan peningkatan dan penurunan jumlah. Hubungan ini disebut Hukum Charles setelah Jacques Charles dan digambarkan secara matematik sebagai k = V / t, di mana k mewakili hubungan antara isipadu dan suhu tetap, V mewakili isipadu, sekali lagi, dan T mewakili suhu.
   • Suhu gas dalam persamaan ini diberikan dalam darjah Kelvin, yang dijumpai dengan menambahkan 273 pada bilangan darjah Celsius suhu gas.
   • Kedua hubungan ini dapat digabungkan menjadi satu persamaan: k = PV / T, yang juga boleh ditulis sebagai PV = kT.

2. 

   
   
   Tentukan berapa kuantiti gas yang diukur. Gas mempunyai jisim dan isipadu. Isipadu biasanya diukur dalam liter (l), tetapi terdapat dua jenis jisim.
   • Jisim konvensional diukur dalam gram atau, jika terdapat jisim yang cukup besar, kilogram.
   • Kerana ringannya gas, mereka juga diukur dalam bentuk jisim lain yang disebut jisim molekul atau jisim molar. Jisim molar ditakrifkan sebagai jumlah berat atom setiap atom sebatian yang dibuat gas, dengan setiap atom dibandingkan dengan nilai 12 untuk karbon.
   • Oleh kerana atom dan molekul terlalu kecil untuk digunakan, kuantiti gas ditentukan dalam mol. Bilangan mol yang terdapat dalam gas tertentu dapat ditentukan dengan membahagi jisim dengan jisim molar dan dapat ditunjukkan dengan huruf n.
   • Kita boleh mengganti k pemalar sewenang-wenangnya dalam persamaan gas dengan produk n, bilangan mol (mol), dan pemalar baru R. Persamaan kini boleh ditulis nR = PV / T atau PV = nRT.
   • Nilai R bergantung pada unit yang digunakan untuk mengukur tekanan, isipadu dan suhu gas. Untuk mengenal pasti isipadu dalam liter, suhu di Kelvin dan tekanan di atmosfera, nilainya adalah 0,0821 L.atm / K.mol. Ini juga boleh ditulis L 0.0821 atm K mol untuk mengelakkan bar perpecahan dalam unit ukuran.

3. 

   
   
   Memahami Hukum Dalton mengenai tekanan separa. Dikembangkan oleh ahli kimia dan ahli fizik John Dalton, yang pertama kali mengembangkan konsep unsur kimia yang terbuat dari atom, Hukum Dalton menyatakan bahawa tekanan total campuran gas adalah jumlah tekanan setiap gas dalam campuran.
   • Hukum Dalton boleh ditulis sebagai persamaan sebagai P _jumlah = P₁ + P₂ + P₃... dengan banyak adenda setelah tanda sama kerana terdapat gas dalam campuran.
   • Persamaan Hukum Dalton dapat diperluas ketika bekerja dengan gas yang tekanan parsial individu tidak diketahui, tetapi yang mana kita tahu jumlah dan suhu mereka. Tekanan separa gas adalah tekanan yang sama jika jumlah gas yang sama adalah satu-satunya gas di dalam bekas.
   • Untuk setiap tekanan separa, kita dapat menulis semula persamaan gas yang ideal sehingga, sebagai ganti formula PV = nRT, kita hanya boleh mempunyai P di sebelah kiri tanda sama. Untuk melakukan ini, kami membahagikan kedua-dua sisi dengan V: PV / V = ​​nRT / V. Kedua-dua V di sebelah kiri membatalkan satu sama lain, meninggalkan P = nRT / V.
   • Kami kemudian dapat menggantikan setiap P yang dilanggan di sebelah kanan persamaan tekanan separa: P_jumlah = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Bahagian 2 dari 3: Mengira tekanan separa dan kemudian tekanan total

1. 

   
   
   
   
   Tentukan persamaan tekanan separa untuk gas yang anda gunakan. Untuk tujuan pengiraan ini, kita akan menggunakan belon 2 liter yang menahan tiga gas: nitrogen (N₂), oksigen (O₂) dan karbon dioksida (CO₂). Terdapat 10 g setiap gas, dan suhu masing-masing di dalam termos ialah 37º Celsius. Kita perlu mencari tekanan separa setiap gas dan tekanan total yang diberikan oleh campuran pada bekas.
   • Persamaan tekanan separa kita menjadi P _jumlah = P _nitrogen + P _oksigen + P _{karbon dioksida} .
   • Oleh kerana kita berusaha mencari tekanan yang dikenakan oleh setiap gas, kita mengetahui isi padu dan suhu dan kita dapat mengetahui berapa banyak mol setiap gas yang ada berdasarkan jisim, kita dapat menulis semula persamaan ini sebagai: P_jumlah = (nRT / V) _nitrogen + (nRT / V) _oksigen + (nRT / V) _{karbon dioksida}

2. 

   
   
   Tukar suhu ke Kelvin. Suhu ialah 37º Celsius, jadi tambah 273 hingga 37 untuk mendapatkan 310 K.

3. 

   Cari bilangan mol bagi setiap gas dalam sampel. Bilangan mol gas adalah jisim gas yang dibahagi dengan jisim molarnya, yang kami katakan adalah jumlah berat atom setiap atom dalam sebatian.
   • Untuk gas pertama, nitrogen (N₂, setiap atom mempunyai berat atom 14. Oleh kerana nitrogen adalah diatomik (bentuk molekul dua atom), kita harus mengalikan 14 dengan 2 untuk mengetahui bahawa nitrogen dalam sampel kita mempunyai jisim molar 28. Kemudian, bahagikan jisim dalam gram, 10 g, dengan 28, untuk mendapatkan bilangan mol, yang akan kita kira-kira 0,4 mol nitrogen.
   • Untuk gas kedua, oksigen (O₂, setiap atom mempunyai berat atom 16. Oksigen juga diatomik, jadi kalikan 16 dengan 2 untuk mengetahui bahawa oksigen dalam sampel kita mempunyai jisim molar 32. Membahagi 10 g dengan 32 memberi kita kira-kira 0.3 mol oksigen dalam contoh.
   • Gas ketiga, karbon dioksida (CO₂, mempunyai 3 atom: satu karbon, dengan berat atom 12; dan dua oksigen, masing-masing dengan berat atom 16. Kami menambah tiga berat: 12 + 16 + 16 = 44 untuk jisim molar. Membahagi 10 g dengan 44 memberi kita kira-kira 0.2 mol karbon dioksida.

4. 

   
   
   Gantikan nilai dengan tahi lalat, isipadu dan suhu. Persamaan kami sekarang kelihatan seperti ini: P_jumlah = (0.4 * R * 310/2) _nitrogen + (0,3 * R * 310/2) _oksigen + (0.2 * R * 310/2) _{karbon dioksida}.
   • Untuk kesederhanaan, kami telah meninggalkan unit pengukuran yang menyertai nilai. Unit-unit ini akan dibatalkan setelah kami melakukan penghitungan, hanya tinggal satuan ukuran yang kami gunakan untuk melaporkan tekanan.

5. 

   Gantikan nilai bagi pemalar R. Kita akan menemui tekanan separa dan total di atmosfera, jadi kita akan menggunakan nilai R 0,0821 atm L / K.mol. Menggantikan nilai dalam persamaan sekarang memberi kita P_jumlah =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitrogen + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oksigen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{karbon dioksida} .

6. 

   Hitung tekanan separa bagi setiap gas. Sekarang kita mempunyai nilai, inilah masanya untuk melakukan matematik.
   • Untuk tekanan separa nitrogen, kita mengalikan 0.4 mol dengan pemalar 0.0821 dan suhu 310 K kita, dan kemudian membahagi dengan 2 liter: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5, 09 atm, kira-kira.
   • Untuk tekanan oksigen separa, kita mengalikan 0.3 mol dengan pemalar 0.0821 dan suhu 310 K kita dan kemudian membahagi dengan 2 liter: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3, 82 atm, kira-kira.
   • Untuk tekanan separa karbon dioksida, kita mengalikan 0.2 mol dengan pemalar 0.0821 dan suhu 310 K kita, dan kemudian membahagi dengan 2 liter: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 atm, kira-kira.
   • Kami sekarang menambah tekanan ini untuk mencari tekanan total: P_jumlah = 5.09 + 3.82 + 2.54, atau kira-kira 11.45 atm.

Bahagian 3 dari 3: Mengira jumlah tekanan dan kemudian tekanan separa

1. 

   Tentukan persamaan tekanan separa seperti sebelumnya. Sekali lagi, kita menganggap bahawa termos 2 liter mengandungi 3 gas: nitrogen (N₂), oksigen (O₂), dan karbon dioksida (CO₂). Terdapat 10 g setiap gas dan suhu setiap gas di dalam termos ialah 37 darjah Celsius.
   • Suhu di Kelvin masih 310, dan, seperti sebelumnya, kita mempunyai sekitar 0.4 mol nitrogen, 0.3 mol oksigen dan 0.2 mol karbon dioksida.
   • Begitu juga, kita masih akan menemui tekanan di atmosfera, jadi kita akan menggunakan nilai 0,0821 atm L / K.mol untuk pemalar R.
   • Jadi, persamaan tekanan separa kita masih kelihatan sama pada ketika ini: P_jumlah =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitrogen + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oksigen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{karbon dioksida}.

2. 

   Tambahkan bilangan mol setiap gas dalam sampel untuk mencari jumlah mol mol gas. Oleh kerana isipadu dan suhu adalah sama untuk setiap sampel dalam gas, belum lagi bahawa setiap nilai molar dikalikan dengan pemalar yang sama, kita dapat menggunakan sifat distribusi matematik untuk menulis semula persamaan sebagai P_jumlah = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Menambah 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 mol campuran gas. Ini seterusnya mempermudah persamaan untuk P _jumlah = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Hitung jumlah tekanan campuran gas. Mengalikan 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 mol, lebih kurang.

4. 

   Cari bahagian setiap gas dalam jumlah campuran. Untuk melakukan ini, bahagikan bilangan mol bagi setiap gas dengan jumlah mol.
   • Terdapat 0.4 mol nitrogen, jadi 0.4 / 0.9 = 0.44 (44%) sampel, kira-kira.
   • Terdapat 0.3 mol nitrogen, jadi 0.3 / 0.9 = 0.33 (33%) sampel, kira-kira.
   • Terdapat 0.2 mol karbon dioksida, sehingga 0.2 / 0.9 = 0.22 (22%) sampel, kira-kira.
   • Walaupun peratusan anggaran di atas hanya berjumlah 0,99, perpuluhan sebenarnya berulang, jadi jumlah sebenarnya adalah rangkaian pengulangan sembilan setelah perpuluhan. Secara definisi, ini sama dengan 1, atau 100%.

5. 

   Gandakan nilai berkadar setiap gas dengan jumlah tekanan untuk mencari tekanan separa.
   • Mengalikan 0.44 * 11.45 = 5.04 atm, lebih kurang.
   • Mengalikan 0.33 * 11.45 = 3.78 atm, lebih kurang.
   • Mengalikan 0.22 * 11.45 = 2.52 atm, lebih kurang.

Petua

• Anda akan melihat perbezaan kecil dalam nilai dengan mencari tekanan separa terlebih dahulu, kemudian tekanan total, dan mencari tekanan keseluruhan terlebih dahulu dan kemudian tekanan separa. Ingatlah bahawa nilai yang diberikan ditunjukkan sebagai nilai perkiraan, kerana pembundaran ke satu atau dua tempat perpuluhan untuk menjadikan nilai lebih mudah difahami. Sekiranya anda melakukan pengiraan dengan kalkulator, tanpa pembundaran, anda akan melihat perbezaan kecil, jika ada, antara kedua kaedah tersebut.

Amaran

• Pengetahuan mengenai tekanan gas separa boleh menjadi masalah hidup dan mati bagi penyelam. Tekanan separa oksigen yang terlalu rendah boleh menyebabkan kehilangan kesedaran dan kematian, sementara tekanan separa hidrogen atau oksigen yang sangat tinggi juga boleh menjadi toksik.

Bahan yang diperlukan

• Kalkulator;
• Buku rujukan berat atom / jisim molar.