Inhoud

• Stappen
• Tips
• Waarschuwingen
• Benodigde materialen

In de chemie verwijst "partiële druk" naar de druk die elk gas in een gasmengsel uitoefent op zijn omgeving, zoals een monsterfles, een tank met duiklucht of de grenzen van een atmosfeer. U kunt de druk van elk gas in een mengsel berekenen als u weet hoeveel ervan er is, welk volume het inneemt en wat de temperatuur is. U kunt deze partiële drukken vervolgens optellen om de totale druk van het gasmengsel te vinden, of u kunt eerst de totale druk vinden en dan de partiële drukken.

Stappen

Deel 1 van 3: De eigenschappen van gassen begrijpen

1. 

   Behandel elk gas als een "ideaal" gas. Een ideaal gas, in de chemie, is een gas dat in wisselwerking staat met andere gassen, zonder aangetrokken te worden door zijn moleculen. Individuele moleculen kunnen elkaar raken en weerkaatsen als biljartballen zonder op enigerlei wijze te worden vervormd.
   • Ideale gasdrukken nemen toe naarmate ze in kleinere ruimtes worden samengeperst en nemen af ​​naarmate ze groter worden. Deze relatie wordt Boyle's Law genoemd, naar Robert Boyle. Het wordt wiskundig beschreven als k = P x V of, eenvoudiger, k = PV, waarbij k staat voor de constante relatie, P staat voor druk en V staat voor volume.
   • De drukken kunnen worden bepaald met een van de verschillende mogelijke eenheden. Een daarvan is Pascal (Pa), gedefinieerd als een Newton-kracht die over een vierkante meter wordt uitgeoefend. Een andere is de atmosfeer (atm), gedefinieerd als de druk van de atmosfeer van de aarde op zeeniveau. Een druk van 1 atm is gelijk aan 101.325 Pa.
   • De ideale gastemperaturen stijgen naarmate de volumes toenemen en afnemen. Deze relatie wordt de wet van Charles genoemd naar Jacques Charles en wordt wiskundig beschreven als k = V / t, waarbij k staat voor de relatie tussen constant volume en temperatuur, V staat voor volume, nogmaals, en T staat voor temperatuur.
   • De gastemperaturen in deze vergelijking worden gegeven in graden Kelvin, die worden gevonden door 273 op te tellen bij het aantal graden Celsius van de gastemperatuur.
   • Deze twee relaties kunnen worden gecombineerd tot één vergelijking: k = PV / T, die ook kan worden geschreven als PV = kT.

2. 

   
   
   Bepaal in welke hoeveelheden de gassen worden gemeten. Gassen hebben massa en volume. Het volume wordt meestal gemeten in liters (l), maar er zijn twee soorten massa.
   • De conventionele massa wordt gemeten in grammen of, als er een voldoende grote massa is, in kilogrammen.
   • Vanwege de lichtheid van de gassen, worden ze ook gemeten in een andere vorm van massa genaamd moleculaire massa of molaire massa. Molaire massa wordt gedefinieerd als de som van de atoomgewichten van elk atoom van de verbinding waaruit het gas is gemaakt, waarbij elk atoom wordt vergeleken met de waarde van 12 voor koolstof.
   • Omdat atomen en moleculen te klein zijn om mee te werken, worden de hoeveelheden gassen in molen gedefinieerd. Het aantal mol aanwezig in een bepaald gas kan worden bepaald door de massa te delen door de molaire massa en kan worden weergegeven door de letter n.
   • We kunnen de willekeurige constante k in de gasvergelijking vervangen door het product van n, het aantal molen (mol) en een nieuwe constante R. De vergelijking kan nu worden geschreven nR = PV / T of PV = nRT.
   • De R-waarde is afhankelijk van de eenheden die worden gebruikt om de drukken, volumes en temperaturen van de gassen te meten. Om het volume in liters, de temperatuur in Kelvin en de druk in atmosfeer te identificeren, is de waarde 0,0821 L.atm / K.mol. Dit kan ook worden geschreven als L 0,0821 atm K mol om de splitsingsbalk in de meeteenheden te vermijden.

3. 

   
   
   Begrijp de wet van Dalton van partiële druk. Ontwikkeld door chemicus en natuurkundige John Dalton, die voor het eerst het concept van chemische elementen uit atomen naar voren bracht, stelt de wet van Dalton dat de totale druk van een gasmengsel de som is van de drukken van elk van de gassen in het mengsel.
   • De wet van Dalton kan als een vergelijking worden geschreven als P _totaal = P.₁ + Blz₂ + Blz₃... met evenveel addenda na het gelijkteken als er gassen in het mengsel zitten.
   • De vergelijking van de wet van Dalton kan worden uitgebreid bij het werken met gassen waarvan de individuele partiële drukken onbekend zijn, maar waarvan we hun volumes en temperaturen kennen. Een partiële druk van een gas is dezelfde druk als dezelfde hoeveelheid gas het enige gas in de container was.
   • Voor elk van de partiële drukken kunnen we de ideale gasvergelijking herschrijven zodat we in plaats van de formule PV = nRT alleen P aan de linkerkant van het gelijkteken kunnen hebben. Om dit te doen, delen we beide zijden door V: PV / V = ​​nRT / V. De twee V's aan de linkerkant heffen elkaar op, waardoor P = nRT / V.
   • We kunnen dan elke P vervangen die is ingeschreven aan de rechterkant van de partiële drukvergelijking: P_totaal = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Deel 2 van 3: De partiële drukken en vervolgens de totale drukken berekenen

1. 

   
   
   
   
   Definieer de partiële drukvergelijking voor de gassen waarmee u werkt. Voor deze berekening gaan we uit van een ballon van 2 liter die drie gassen bevat: stikstof (N.₂), zuurstof (O₂) en kooldioxide (CO₂​Er is 10 g van elk van de gassen en de temperatuur van elk van hen in de kolf is 37 ° Celsius. We moeten de partiële druk van elk gas vinden en de totale druk die het mengsel op de container uitoefent.
   • Onze partiële drukvergelijking wordt P _totaal = P. _stikstof- + Blz _zuurstof + Blz _kooldioxide .
   • Omdat we proberen de druk te vinden die elk gas uitoefent, we het volume en de temperatuur kennen en we kunnen zien hoeveel mol van elk gas aanwezig is op basis van de massa, kunnen we deze vergelijking herschrijven als: P_totaal = (nRT / V) _stikstof- + (nRT / V) _zuurstof + (nRT / V) _kooldioxide

2. 

   
   
   Reken de temperatuur om naar Kelvin. De temperatuur is 37º Celsius, dus voeg 273 tot 37 toe om 310 K.

3. 

   Zoek het aantal mol voor elk van de gassen in het monster. Het aantal mol van een gas is de massa van het gas dat wordt gedeeld door zijn molecuulmassa, waarvan we zeiden dat het de som is van de atoomgewichten van elk atoom in de verbinding.
   • Voor het eerste gas, stikstof (N₂), heeft elk atoom een ​​atoomgewicht van 14. Aangezien stikstof diatomisch is (moleculaire vorm van twee atomen), moeten we 14 met 2 vermenigvuldigen om erachter te komen dat de stikstof in ons monster een molecuulgewicht van 28 heeft. Verdeel vervolgens de massa in gram, 10 g, per 28, om het aantal mol te verkrijgen, dat we ongeveer 0,4 mol stikstof zullen benaderen.
   • Voor het tweede gas, zuurstof (O₂), heeft elk atoom een ​​atoomgewicht van 16. Zuurstof is ook twee atomen, dus vermenigvuldig 16 bij 2 om te ontdekken dat de zuurstof in ons monster een molaire massa heeft van 32. Door 10 g te delen door 32 krijgen we ongeveer 0,3 mol zuurstof in onze monster.
   • Het derde gas, kooldioxide (CO₂), heeft 3 atomen: een koolstofatoom, met een atoomgewicht van 12; en twee zuurstof, elk met een atoomgewicht van 16. We tellen de drie gewichten op: 12 + 16 + 16 = 44 voor de molaire massa. Als we 10 g delen door 44, krijgen we ongeveer 0,2 mol kooldioxide.

4. 

   
   
   Vervang de waarden door mollen, volume en temperatuur. Onze vergelijking ziet er nu als volgt uit: P_totaal = (0.4 * R * 310/2) _stikstof- + (0,3 * R * 310/2) _zuurstof + (0.2 * R * 310/2) _kooldioxide.
   • Voor de eenvoud hebben we de meeteenheden die bij de waarden horen weggelaten. Deze eenheden worden geannuleerd nadat we de berekening hebben uitgevoerd, waardoor alleen de maateenheid overblijft die we gebruiken om de drukken te rapporteren.

5. 

   Vervang de waarde door de constante R. We zullen de partiële en totale druk in atmosferen vinden, dus we gebruiken de R-waarde van 0,0821 atm L / K.mol. Als we de waarde in de vergelijking vervangen, krijgen we nu P_totaal =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _stikstof- + (0,3 *0,0821 * 310/2) _zuurstof + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _kooldioxide .

6. 

   Bereken de partiële drukken voor elk gas. Nu we de waarden hebben vastgesteld, is het tijd om de wiskunde uit te voeren.
   • Voor de partiële stikstofdruk vermenigvuldigen we 0,4 mol met onze 0,0821 constante en onze 310 K-temperatuur, en delen deze vervolgens door 2 liter: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, ongeveer.
   • Voor partiële zuurstofdruk vermenigvuldigen we 0,3 mol met onze 0,0821 constante en onze 310 K temperatuur en delen dan door 2 liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, ongeveer.
   • Voor de partiële druk van koolstofdioxide vermenigvuldigen we 0,2 mol met onze 0,0821 constante en onze 310 K temperatuur, en delen dan door 2 liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, ongeveer.
   • We tellen nu deze drukken op om de totale druk te vinden: P_totaal = 5,09 + 3,82 + 2,54, of ongeveer 11,45 atm.

Deel 3 van 3: Berekenen van de totale druk en vervolgens de partiële drukken

1. 

   Definieer de partiële drukvergelijking zoals eerder. Nogmaals, we nemen aan dat een kolf van 2 liter 3 gassen bevat: stikstof (N₂), zuurstof (O₂) en kooldioxide (CO₂​Er is 10 g van elk van de gassen en de temperatuur van elk van de gassen in de kolf is 37 graden Celsius.
   • De temperatuur in Kelvin zal nog steeds 310 zijn, en zoals eerder hebben we ongeveer 0,4 mol stikstof, 0,3 mol zuurstof en 0,2 mol kooldioxide.
   • Evenzo zullen we nog steeds drukken in atmosferen vinden, dus gebruiken we de waarde van 0,0821 atm L / K.mol voor de constante R.
   • Dus onze partiële drukvergelijking ziet er op dit punt nog steeds hetzelfde uit: P._totaal =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _stikstof- + (0,3 *0,0821 * 310/2) _zuurstof + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _kooldioxide.

2. 

   Tel het aantal mol van elk van de gassen in het monster op om het totale aantal mol van het gasmengsel te vinden. Omdat het volume en de temperatuur hetzelfde zijn voor elk monster in het gas, om nog maar te zwijgen van het feit dat elke molaire waarde wordt vermenigvuldigd met dezelfde constante, kunnen we de distributieve eigenschap van de wiskunde gebruiken om de vergelijking te herschrijven als P_totaal = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Toevoegen van 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol van het gasmengsel. Dit vereenvoudigt de vergelijking voor P verder _totaal = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Bereken de totale druk van het gasmengsel. Vermenigvuldig 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 mol, ongeveer.

4. 

   Zoek het aandeel van elk gas in het totale mengsel. Om dit te doen, deelt u het aantal mol voor elk van de gassen door het totale aantal mol.
   • Er is 0,4 mol stikstof, dus ongeveer 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) van het monster.
   • Er is 0,3 mol stikstof, dus ongeveer 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) van het monster.
   • Er is 0,2 mol kooldioxide, dus ongeveer 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) van het monster.
   • Hoewel de bovenstaande percentages bij benadering slechts 0,99 zijn, worden de werkelijke decimalen herhaald, dus de werkelijke som is een reeks herhalingen van negens achter de komma. Dit is per definitie hetzelfde als 1, ofwel 100%.

5. 

   Vermenigvuldig de proportionele waarde van elk gas met de totale druk om de partiële druk te vinden.
   • Vermenigvuldig 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, ongeveer.
   • Vermenigvuldig 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, ongeveer.
   • Vermenigvuldig 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, ongeveer.

Tips

• U zult een klein verschil in de waarden opmerken door eerst de partiële drukken te vinden, dan de totale druk, en eerst de totale druk en daarna de partiële drukken. Onthoud dat de opgegeven waarden werden gepresenteerd als benaderende waarden, vanwege afronding op één of twee decimalen om de waarden gemakkelijker te begrijpen. Als u de berekeningen uitvoert met een rekenmachine, zonder af te ronden, zult u een kleine afwijking opmerken tussen de twee methoden.

Waarschuwingen

• Kennis van partiële gasdruk kan voor duikers een zaak van leven en dood worden. Een te lage partiële zuurstofdruk kan leiden tot bewustzijnsverlies en de dood, terwijl een zeer hoge partiële zuurstofdruk of zuurstof ook giftig kan zijn.

Benodigde materialen

• Rekenmachine;
• Referentieboek met atoomgewichten / molaire massa's.