Ինչպես հաշվարկել մասնակի ճնշումը. 14 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: Jason Gerald | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-19 22:12

«Մասնակի ճնշում» քիմիայում այն ճնշումն է, որ գազի խառնուրդի յուրաքանչյուր գազ իր շրջապատի վրա է գործադրում, օրինակ ՝ ծավալային կոլբա, սուզվող օդային բաք կամ մթնոլորտային սահման: Դուք կարող եք հաշվարկել յուրաքանչյուր գազի ճնշումը խառնուրդում, եթե գիտեք գազի քանակը, դրա զբաղեցրած ծավալը և ջերմաստիճանը: Մասնակի ճնշումները կարող են գումարվել միասին `գազի խառնուրդի ընդհանուր ճնշումը հաշվարկելու համար: Մյուս կողմից, ընդհանուր ճնշումը կարող է նախապես հաշվարկվել `մասնակի ճնշումը հաշվարկելու համար:

Քայլ

Մաս 1 -ից 3 -ը ՝ Գազերի հատկությունների իմացություն

Քայլ 1. Յուրաքանչյուր գազին վերաբերվեք որպես «իդեալական» գազի:

Քիմիայում իդեալական գազը այն գազն է, որը փոխազդում է այլ գազերի հետ ՝ առանց իր մոլեկուլներին գրավելու: Մենակ մոլեկուլները կարող են բիլիարդի գնդակների պես բախվել և ցատկել ՝ առանց դեֆորմացման:

Իդեալական գազի ճնշումը մեծանում է, երբ այն սեղմվում է ավելի փոքր տարածության մեջ և նվազում, երբ ընդլայնվում է ավելի մեծ տարածքում: Այս հարաբերությունները կոչվում են Բոյլի օրենք, որը ստեղծվել է Ռոբերտ Բոյլի կողմից: Մաթեմատիկական առումով բանաձևը k = P x V է, կամ պարզեցված է k = PV- ի, k- ը հաստատուն է, P- ը ճնշում է, իսկ V- ը `ծավալ:
Կան մի քանի հնարավոր միավորներ ճնշման համար: Նրանցից մեկը Պասկալն է (Պա): Այս միավորը սահմանվում է որպես մեկ նյուտոնի ուժ, որը կիրառվում է մեկ քառակուսի մետր մակերեսի վրա: Մեկ այլ միավոր է մթնոլորտը (ատմ): Մթնոլորտը Երկրի մթնոլորտի ճնշումն է ծովի մակարդակում: 1 ատմ ճնշումը համարժեք է 101,325 Պա -ի:
Իդեալական գազի ջերմաստիճանը բարձրանում է ծավալների ավելացման հետ և նվազում `ծավալների նվազումով: Այս հարաբերությունը կոչվում է Չարլզի օրենք, որը ստեղծել է գիտնական quesակ Շառլը: Մաթեմատիկական բանաձևը k = V / T է, որտեղ k- ն է ծավալը և ջերմաստիճանը, V- ը `ծավալը, իսկ T- ն` ջերմաստիճանը:
Այս հավասարման մեջ գազի ջերմաստիճանը տրված է Կելվինի աստիճաններով, որը ստացվում է 3ելսիուսի աստիճանի արժեքին 273 թիվը ավելացնելով:
Վերոնշյալ երկու բանաձևերը կարելի է համատեղել մեկ հավասարման հետ. K = PV / T, որը կարող է գրվել նաև որպես PV = kT:

Քայլ 2. Որոշեք չափվող գազի քանակը:

Գազերն ունեն զանգված և ծավալ: Volավալը սովորաբար չափվում է լիտրերով (լ), բայց կան երկու տեսակի զանգվածներ:

Պայմանական զանգվածը չափվում է գրամներով, բայց ավելի մեծ քանակությամբ միավորը կիլոգրամ է:
Քանի որ գազերը շատ թեթև են, օգտագործվող միավորներն են մոլեկուլային զանգվածը կամ մոլային զանգվածը: Մոլային զանգվածը գազը կազմող միացության յուրաքանչյուր ատոմի ընդհանուր ատոմային զանգվածների գումարն է, յուրաքանչյուր ատոմ `ածխածնի 12 համարի համեմատ:
Քանի որ ատոմներն ու մոլեկուլները չափազանց փոքր են հաշվելու համար, գազի քանակը նշվում է մոլերում: Տվյալ գազում առկա մոլերի թիվը կարելի է ստանալ ՝ զանգվածը բաժանելով մոլային զանգվածի վրա և նշվում n տառով:
Գ հաստատման մեջ հաստատուն K- ն կարող է փոխարինվել n- ի արտադրյալով, մոլերի քանակով (մոլ), իսկ նոր հաստատունով R. Այժմ բանաձևը nR = PV/T կամ PV = nRT է:
R- ի արժեքը կախված է գազի ճնշումը, ծավալը և ջերմաստիճանը չափելու համար օգտագործվող միավորներից: Լիտրերով ծավալը, ջերմաստիճանը Կելվինում և ճնշումը մթնոլորտում, արժեքը 0,0821 լ ատմ/Կ մոլ է: Այս արժեքը կարող է գրվել որպես 0.0821 Լ ատմ Կ^-1 խլուրդ ^-1 չափման միավորների բաժանումները ներկայացնելու համար շեղ գծերի օգտագործումից խուսափելու համար:

Քայլ 3. Հասկացեք Դալթոնի մասնակի ճնշման օրենքը:

Այս օրենքը մշակվել է քիմիկոս և ֆիզիկոս Johnոն Դալթոնի կողմից, ով առաջին անգամ մշակեց այն հասկացությունը, որ քիմիական տարրերը կազմված են ատոմներից: Դալթոնի օրենքն ասում է, որ գազերի խառնուրդի ընդհանուր ճնշումը խառնուրդի առանձին գազերի ճնշումների գումարն է:.

Դալթոնի օրենքը կարող է գրվել հետևյալ բանաձևի տեսքով ՝ P_{ընդհանուր} = Պ₁ + Պ₂ + Պ₃ … Նշանի աջ կողմում P- ի չափը հավասար է խառնուրդի գազի քանակին:
Դալթոնի օրենքի բանաձևը կարող է երկարացվել, երբ գործ ունենք տարբեր գազերի հետ, որոնցում յուրաքանչյուր գազի մասնակի ճնշումն անհայտ է, բայց որոնց ծավալը և ջերմաստիճանը հայտնի են: Գազի մասնակի ճնշումը հավասար է ճնշմանը, որը ենթադրում է, որ այդ քանակությամբ գազը տարայի միակ գազն է:
Յուրաքանչյուր մասնակի ճնշման համար կարող է օգտագործվել իդեալական գազի բանաձևը: PV = nRT- ի փոխարեն ձախից կարող է օգտագործվել միայն P- ն: Դրա համար երկու կողմերը բաժանվում են V- ով ՝ PV/V = nRT/V: Աջ կողմում գտնվող երկու V- ն միմյանց չեղարկում են ՝ թողնելով P = nRT/V:
Մենք կարող ենք այն փոխարինել աջ կողմում գտնվող յուրաքանչյուր P- ով, որը մասնակի ճնշման բանաձևում ներկայացնում է որոշակի գազ ՝ P_{ընդհանուր} = (nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

3 -ից 2 -րդ մաս. Հաշվարկ մասնակի ճնշում, ապա ընդհանուր ճնշում

Քայլ 1. Որոշեք յուրաքանչյուր հաշվարկվող գազի մասնակի ճնշման հավասարումը:

Այս հաշվարկի համար ենթադրվում է, որ 2 լիտր շիշը պարունակում է 3 գազ `ազոտ (N₂), թթվածին (Օ₂) և ածխաթթու գազ (CO)₂): Յուրաքանչյուր գազի զանգվածը 10 գ է, իսկ ջերմաստիճանը ՝ 37 աստիճան Celsius: Մենք կհաշվարկենք յուրաքանչյուր գազի մասնակի ճնշումը և քիմիական շշի մեջ գազի խառնուրդի ընդհանուր ճնշումը:

Մասնակի ճնշման բանաձևը P է_{ընդհանուր} = Պ_ազոտ + Պ_{թթվածին} + Պ_{ածխաթթու գազ}.
Քանի որ մենք փնտրում ենք ճնշում յուրաքանչյուր գազի համար, որի ծավալը և ջերմաստիճանը հայտնի են, յուրաքանչյուր գազի մոլի քանակը կարելի է հաշվարկել ՝ ելնելով դրա զանգվածից: Բանաձևը կարող է փոխվել հետևյալ կերպ_{ընդհանուր} = (nRT/V) _ազոտ + (nRT/V) _{թթվածին} + (nRT/V) _{ածխաթթու գազ}

Քայլ 2. vertերմաստիճանը փոխարկեք Քելվինի աստիճանի:

Elsելսիուսի ջերմաստիճանը 37 աստիճան է, ուստի ավելացրեք 273 -ը 37 -ին ՝ 310 աստիճան Կ ստանալու համար:

Քայլ 3. Գտեք նմուշում առկա յուրաքանչյուր գազի մոլի քանակը:

Գազի մոլերի թիվը գազի զանգվածն է ՝ բաժանված նրա մոլային զանգվածի վրա, որը խառնուրդի յուրաքանչյուր ատոմի ատոմային զանգվածների գումարն է:

Ազոտ գազի համար (N₂), յուրաքանչյուր ատոմ ունի ատոմային զանգված 14: Հաջորդը զանգվածը գրամներով ՝ 10 գ, բաժանվում է 28 -ի ՝ մոլերի քանակ ստանալու համար, ուստի արդյունքը կազմում է մոտ 0,4 մոլ ազոտ:
Հաջորդ գազի համար ՝ թթվածին (Օ₂), յուրաքանչյուր ատոմ ունի ատոմային զանգված 16: Թթվածինը նաև դիատոմիկ է, ուստի 16 անգամ 2 -ը տալիս է նմուշի թթվածնի մոլային զանգվածը 32. 10 գրամը բաժանված 32 -ի վրա տալիս է մոտավորապես 0,3 մոլ թթվածին:
Հաջորդը ածխաթթու գազն է (CO₂), որն ունի 3 ատոմ, այն է ՝ ածխածնի մեկ ատոմ ՝ 12 ատոմային զանգվածով և թթվածնի երկու ատոմ ՝ 16 ատոմային զանգվածով: Այս երեք ատոմային զանգվածները գումարվում են մոլային զանգված ստանալու համար ՝ 12 + 16 + 16 = 44: Հաջորդ 10 գրամը բաժանվում է 44 -ի, ուստի արդյունքը կազմում է մոտ 0,2 մոլ ածխաթթու գազ:

Քայլ 4. Մուտքագրեք մոլի արժեքները, ծավալը և ջերմաստիճանը:

Թվերը մուտքագրվեցին բանաձևի մեջ_{ընդհանուր} = (0, 4 * R * 310/2) _ազոտ + (0, 3 * R * 310/2) _{թթվածին} + (0, 2 * R * 310/2) _{ածխաթթու գազ}.

Պարզության համար միավորները չեն գրվում: Այս միավորները կջնջվեն մաթեմատիկական հաշվարկներում ՝ թողնելով միայն ճնշման միավորները:

Քայլ 5. Մուտքագրեք հաստատունի արժեքը R:

Ընդհանուր և մասնակի ճնշումները կարտահայտվեն մթնոլորտային միավորներով, ուստի օգտագործվող R արժեքը կազմում է 0,0821 լ ատմ/Կ մոլ: Այս արժեքը այնուհետև մուտքագրվում է հավասարման մեջ, որպեսզի բանաձևը լինի P_{ընդհանուր} =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _ազոտ + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _{թթվածին} + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{ածխաթթու գազ}.

Քայլ 6. Յուրաքանչյուր գազի համար հաշվարկեք մասնակի ճնշումները:

Այժմ, երբ առկա են բոլոր պահանջվող արժեքները, ժամանակն է զբաղվել մաթեմատիկայով:

Ազոտի մասնակի ճնշման համար 0,4 մոլ բազմապատկվում է 0,0821 կայունությամբ և 310 աստիճան K ջերմաստիճանով, այնուհետև բաժանվում է 2 լիտրով ՝ 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 ատմ, մոտավորապես:
Թթվածնի մասնակի ճնշման համար 0,3 մոլ բազմապատկվում է 0,0821 կայունությամբ և 310 աստիճան K ջերմաստիճանով, այնուհետև բաժանվում է 2 լիտրով ՝ 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 ատմ, մոտավորապես:
Ածխածնի երկօքսիդի մասնակի ճնշման համար 0,2 մոլ բազմապատկվում է 0,0821 կայունությամբ և 310 աստիճան K ջերմաստիճանով, այնուհետև բաժանվում է 2 լիտրով ՝ 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 ատմ, մոտավորապես:
Երեք մասնակի ճնշումներն այնուհետև գումարվում են միասին ՝ ընդհանուր ճնշումը ստանալու համար: P_{ընդհանուր} = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 կամ 11.45 ատմ, քիչ թե շատ:

3 -րդ մաս 3 -ից. Ընդհանուր ճնշման հաշվարկ, ապա մասնակի

Քայլ 1. Որոշեք մասնակի ճնշման բանաձևը, ինչպես նախկինում:

Կրկին, ենթադրենք, որ 2 լիտր տափաշիշը պարունակում է 3 տարբեր գազեր `ազոտ (N₂), թթվածին (Օ₂) և ածխաթթու գազ (CO)₂): Յուրաքանչյուր գազի զանգվածը 10 գրամ է, իսկ ջերմաստիճանը `37 աստիճան C:

Elերմաստիճանը Կելվինում դեռևս նույնն է ՝ 310 աստիճան, իսկ մոլերի թիվը կազմում է մոտավորապես 0,4 մոլ ազոտ, 0,3 մոլ թթվածին և 0,2 մոլ ածխաթթու գազ:
Օգտագործված ճնշման միավորը նաև մթնոլորտն է, ուստի հաստատունի արժեքը 0,0821 Լ ատմ/Կ մոլ է:
Այսպիսով, մասնակի ճնշման հավասարումը այս պահին դեռ նույնն է_{ընդհանուր} =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _ազոտ + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _{թթվածին} + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{ածխաթթու գազ}.

Քայլ 2. Նմուշում ավելացրեք յուրաքանչյուր գազի մոլի քանակը, որպեսզի ստանաք գազային խառնուրդի մոլի ընդհանուր թիվը:

Քանի որ ծավալը և ջերմաստիճանը նույնն են գազի յուրաքանչյուր նմուշի համար, և յուրաքանչյուր մոլային արժեքը նույնպես բազմապատկվում է նույն հաստատունով, մենք կարող ենք օգտագործել մաթեմատիկայի բաշխիչ հատկությունը ՝ հավասարումը վերաշարադրելու հետևյալ կերպ._{ընդհանուր} = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Կատարի՛ր գումարները ՝ 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 մոլ գազային խառնուրդ: Հավասարումն ավելի պարզ կլինի, այն է ՝ P_{ընդհանուր} = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Քայլ 3. Հաշվիր գազի խառնուրդի ընդհանուր ճնշումը:

Կատարեք բազմապատկումը `0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 մոլ, քիչ թե շատ:

Քայլ 4. Հաշվիր խառնուրդ կազմող յուրաքանչյուր գազի համամասնությունը:

Խառնուրդում յուրաքանչյուր գազի համամասնությունը հաշվարկելու համար յուրաքանչյուր գազի մոլերի թիվը բաժանեք մոլերի ընդհանուր թվի վրա:

Կան 0.4 մոլ ազոտ, ուստի 0.4/0.9 = 0.44 (44 տոկոս) նմուշ, քիչ թե շատ:
Կան 0.3 մոլ ազոտ, ուստի նմուշի 0.3/0.9 = 0.33 (33 տոկոս), քիչ թե շատ:
Կան ածխածնի երկօքսիդի 0.2 մոլ, այնպես որ նմուշի 0.2/0.9 = 0.22 (22 տոկոսը), քիչ թե շատ:
Չնայած վերը հաշվարկված տոկոսային հաշվարկը վերադարձնում է 0.99, փաստացի տասնորդական արժեքը կրկնվում է: Սա նշանակում է, որ տասնորդական կետից հետո թիվը 9 է, որը կրկնվում է: Ըստ սահմանման այս արժեքը հավասար է 1 -ի կամ 100 տոկոսի: