Kısmi Basınç Nasıl Hesaplanır: 14 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: Jason Gerald | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-19 22:14

Kimyada "kısmi basınç", bir gaz karışımındaki her gazın, balon, dalış hava tankı veya atmosferik sınır gibi çevresine uyguladığı basınçtır. Gaz miktarını, kapladığı hacmi ve sıcaklığı biliyorsanız, karışımdaki her gazın basıncını hesaplayabilirsiniz. Gaz karışımının toplam basıncını hesaplamak için kısmi basınçlar birlikte eklenebilir. Öte yandan, kısmi basıncı hesaplamak için toplam basınç önceden hesaplanabilir.

Adım

Bölüm 1/3: Gazların Özelliklerini Anlama

Adım 1. Her gaza “ideal” gaz olarak davranın

Kimyada ideal gaz, moleküllerine çekilmeden diğer gazlarla etkileşime giren bir gazdır. Soliter olan moleküller, bilardo topları gibi deforme olmadan çarpabilir ve zıplayabilir.

İdeal bir gazın basıncı, daha küçük bir alanda sıkıştırıldığında artar ve daha büyük bir alanda genişlediğinde azalır. Bu ilişkiye Robert Boyle tarafından oluşturulan Boyle Yasası denir. Matematiksel olarak, formül k = P x V'dir veya k = PV olarak basitleştirilmiştir, k bir sabittir, P basınçtır, V ise hacimdir.
Basınç için birkaç olası birim vardır. Bunlardan biri Pascal'dır (Pa). Bu birim, bir metrekarelik bir yüzey alanına uygulanan bir Newton'un kuvveti olarak tanımlanır. Diğer bir birim ise atmosferdir (atm). Atmosfer, Dünya atmosferinin deniz seviyesindeki basıncıdır. 1 atm'lik bir basınç, 101.325 Pa'ya eşittir.
İdeal bir gazın sıcaklığı hacim arttıkça artar, hacim azaldıkça azalır. Bu ilişkiye bilim adamı Jacques Charles tarafından oluşturulan Charles Yasası denir. Matematiksel formül k = V / T'dir, burada k hacim ve sıcaklık sabitidir, V hacimdir ve T sıcaklıktır.
Bu denklemdeki gazın sıcaklığı Kelvin cinsinden verilir, bu da 273 sayısının Celsius cinsinden derece değerine eklenmesiyle elde edilir.
Yukarıdaki iki formül tek bir denklemle birleştirilebilir: k = PV / T, bu PV = kT olarak da yazılabilir.

Adım 2. Ölçülecek gaz miktarını belirleyin

Gazların kütlesi ve hacmi vardır. Hacim genellikle litre (l) olarak ölçülür, ancak iki tür kütle vardır.

Geleneksel kütle gram olarak ölçülür, ancak daha büyük miktarlarda birim kilogramdır.
Gazlar çok hafif olduğu için kullanılan birimler moleküler kütle veya molar kütledir. Molar kütle, gazı oluşturan bileşikteki her bir atomun toplam atom kütlelerinin toplamıdır, her bir atom karbon için 12 sayısına kıyasla.
Atomlar ve moleküller sayılamayacak kadar küçük olduğundan gaz miktarı mol olarak belirtilir. Belirli bir gazda bulunan mol sayısı, kütlenin molar kütleye bölünmesiyle elde edilebilir ve n harfi ile gösterilir.
Gaz denklemindeki K sabiti, n'nin ürünü, mol sayısı (mol) ve yeni sabit R ile değiştirilebilir. Şimdi formül nR = PV/T veya PV = nRT'dir.
R değeri, gazın basıncını, hacmini ve sıcaklığını ölçmek için kullanılan birimlere bağlıdır. Litre cinsinden hacim, Kelvin cinsinden sıcaklık ve atmosferdeki basınç için değer 0,0821 L atm/K mol'dür. Bu değer 0.0821 L atm K olarak yazılabilir.^-1 köstebek ^-1 bölmeleri ölçü birimlerinde temsil etmek için eğik çizgi kullanmaktan kaçınmak için.

Adım 3. Dalton'un Kısmi Basınç Yasasını anlayın

Bu yasa, kimyasal elementlerin atomlardan oluştuğu kavramını ilk geliştiren kimyager ve fizikçi John Dalton tarafından geliştirilmiştir. Dalton yasası, bir gaz karışımının toplam basıncının, karışımdaki tek tek gazların basınçlarının toplamı olduğunu belirtir..

Dalton yasası aşağıdaki formül P şeklinde yazılabilir._Toplam = P₁ + P₂ + P₃ … işaretinin sağındaki P miktarı karışımdaki gaz miktarına eşittir.
Dalton kanunu formülü, her bir gazın kısmi basıncının bilinmediği, ancak hacmi ve sıcaklığı bilinen çeşitli gazlarla uğraşırken genişletilebilir. Bir gazın kısmi basıncı, o miktardaki gazın kaptaki tek gaz olduğunu varsayan basınca eşittir.
Her kısmi basınç için ideal gaz formülü kullanılabilir. PV = nRT kullanmak yerine sadece soldaki P kullanılabilir. Bunun için her iki taraf da V'ye bölünür: PV/V = nRT/V. Sağ taraftaki iki V birbirini iptal ederek P = nRT/V bırakır.
Kısmi basınç formülünde belirli bir gazı temsil eden sağdaki her P'yi değiştirmek için kullanabiliriz: P_Toplam =(nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

Bölüm 2/3: Kısmi Basıncı, Ardından Toplam Basıncı Hesaplama

Adım 1. Hesapladığınız her gaz için kısmi basınç denklemini belirleyin

Bu hesaplama için 2 litrelik bir şişenin 3 gaz içerdiği varsayılır: nitrojen (N₂), oksijen (O₂) ve karbondioksit (CO₂). Her gazın kütlesi 10 g ve sıcaklığı 37 santigrat derecedir. Her bir gazın kısmi basıncını ve kimyasal şişedeki gaz karışımının toplam basıncını hesaplayacağız.

Kısmi basınç formülü P'dir_Toplam = P_azot + P_oksijen + P_{karbon dioksit}.
Hacmi ve sıcaklığı bilinen her gazın basıncını aradığımızdan, her gazın mol sayısı kütlesine göre hesaplanabilir. Formül şu şekilde değiştirilebilir: P_Toplam =(nRT/V) _azot + (nRT/V) _oksijen + (nRT/V) _{karbon dioksit}

Adım 2. Sıcaklığı Kelvin derecesine dönüştürün

Santigrat cinsinden sıcaklık 37 derecedir, bu nedenle 310 derece K elde etmek için 273 ila 37 ekleyin.

Adım 3. Numunede bulunan her bir gazın mol sayısını bulun

Bir gazın mol sayısı, gazın kütlesinin, karışımdaki her bir atomun atom kütlelerinin toplamı olan mol kütlesine bölümüdür.

Azot gazı için (N₂), her atomun atom kütlesi 14'tür. Azot iki atomlu (iki atomlu bir molekül) olduğundan, bu numunedeki azot için 28'lik bir mol kütlesi elde etmek için 14'ün değeri 2 ile çarpılmalıdır. Daha sonra gram cinsinden kütle, 10g, mol sayısını elde etmek için 28'e bölünür, yani sonuç yaklaşık 0,4 mol nitrojen olur.
Bir sonraki gaz için oksijen (O₂), her atomun atom kütlesi 16'dır. Oksijen de iki atomludur, bu nedenle 16 çarpı 2 örnek 32'deki oksijenin molar kütlesini verir. 10 gramın 32'ye bölünmesi yaklaşık 0,3 mol oksijen verir.
Sıradaki karbondioksit (CO₂) atom kütlesi 12 olan bir karbon atomu ve atom kütlesi 16 olan iki oksijen atomu olmak üzere 3 atoma sahiptir. Molar kütleyi elde etmek için bu üç atom kütlesi eklenir: 12 + 16 + 16 = 44. Sonraki 10 gram 44'e bölünür, yani sonuç yaklaşık 0.2 mol karbon dioksit olur.

Adım 4. Mol değerlerini, hacmi ve sıcaklığı girin

Sayılar şu formüle girildi: P_Toplam =(0, 4 * R * 310/2) _azot + (0, 3 *R * 310/2) _oksijen + (0, 2 * Sağ *310/2) _{karbon dioksit}.

Basit olması için birimler yazılmamıştır. Bu birimler matematiksel hesaplamalarda silinecek ve sadece basınç birimleri kalacaktır

Adım 5. R sabitinin değerini girin

Toplam ve kısmi basınçlar atmosferik birimlerde ifade edilecektir, bu nedenle kullanılan R değeri 0,0821 L atm/K mol'dür. Bu değer daha sonra denkleme girilir, böylece formül P olur._Toplam =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _azot + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oksijen + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{karbon dioksit}.

Adım 6. Her gaz için kısmi basınçları hesaplayın

Artık gerekli tüm değerler mevcut olduğuna göre, matematiği yapma zamanı.

Kısmi nitrojen basıncı için, 0,4 mol, 0,0821 sabiti ve 310 derece K sıcaklık ile çarpılır, ardından 2 litreye bölünür: 0,4 x 0,0821 x 310/2 = 5,09 atm, yaklaşık.
Kısmi oksijen basıncı için, 0,3 mol, 0,0821 sabiti ve 310 derece K sıcaklıkla çarpılır, ardından 2 litreye bölünür: 0,3 *0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, yaklaşık.
Karbondioksitin kısmi basıncı için, 0,2 mol, 0,0821 sabiti ve 310 derece K sıcaklıkla çarpılır, ardından 2 litreye bölünür: 0,2 x 0,0821 x 310/2 = 2,54 atm, yaklaşık.
Daha sonra toplam basıncı elde etmek için üç kısmi basınç birlikte eklenir: P_Toplam = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 veya 11.45 atm, aşağı yukarı.

Bölüm 3/3: Toplam Basıncı, ardından Kısmi Basıncı Hesaplama

Adım 1. Kısmi basınç formülünü önceki gibi belirleyin

Yine, 2 litrelik bir şişenin 3 farklı gaz içerdiğini varsayalım: nitrojen (N₂), oksijen (O₂) ve karbondioksit (CO₂). Her bir gazın kütlesi 10 gramdır ve her birinin sıcaklığı 37 derecedir.

Kelvin cinsinden sıcaklık hala aynı 310 derecedir ve mol sayısı yaklaşık olarak 0,4 mol nitrojen, 0,3 mol oksijen ve 0,2 mol karbondioksittir.
Kullanılan basınç birimi de atmosferdir, dolayısıyla R sabitinin değeri 0,0821 L atm/K mol'dür.
Yani kısmi basınç denklemi bu noktada hala aynıdır: P_Toplam =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _azot + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oksijen + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{karbon dioksit}.

Adım 2. Gaz karışımının toplam mol sayısını elde etmek için numunedeki her gazın mol sayısını ekleyin

Her gaz numunesi için hacim ve sıcaklık aynı olduğundan ve her molar değer de aynı sabitle çarpıldığından, denklemi aşağıdaki gibi yeniden yazmak için matematiğin dağılma özelliğini kullanabiliriz:_Toplam = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Toplamları yapın: 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 mol gaz karışımı. Denklem daha basit olacaktır, yani P_Toplam = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Adım 3. Gaz karışımının toplam basıncını hesaplayın

Çarpmayı yapın: 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 mol, aşağı yukarı.

Adım 4. Karışımı oluşturan her gazın oranını hesaplayın

Karışımdaki her bir gazın oranını hesaplamak için, her gazın mol sayısını toplam mol sayısına bölün.

0.4 mol nitrojen vardır, yani 0.4/0.9 = 0.44 (yüzde 44) numune, aşağı yukarı.
0,3 mol nitrojen vardır, yani 0.3/0.9 = 0.33 (yüzde 33), az ya da çok.
0,2 mol karbon dioksit vardır, bu nedenle numunenin 0,2/0,9 = 0,22'si (yüzde 22), aşağı yukarı.
Yukarıdaki tahmini yüzde hesaplaması 0,99 döndürse de, gerçek ondalık değer kendini tekrar eder. Bu, ondalık noktadan sonra sayının kendini tekrar eden 9 olduğu anlamına gelir. Tanım olarak bu değer 1'e veya yüzde 100'e eşittir.