Content

• Passos
• Consells
• Advertiments
• Materials necessaris

En química, "pressió parcial" es refereix a la pressió que cada gas d'una mescla de gas exerceix contra el seu entorn, com ara una ampolla de mostra, un dipòsit d'aire de busseig o els límits d'una atmosfera. Podeu calcular la pressió de cada gas d’una mescla si sabeu quant en té, quin volum ocupa i la seva temperatura. A continuació, podeu afegir aquestes pressions parcials per trobar la pressió total de la barreja de gasos, o podeu trobar la pressió total primer i després trobar les pressions parcials.

Passos

Part 1 de 3: Comprensió de les propietats dels gasos

1. 

   Tracteu cada gas com un gas "ideal". Un gas ideal, en química, és aquell que interactua amb altres gasos, sense atreure’s cap a les seves molècules. Les molècules individuals es poden colpejar mútuament i rebotar com boles de billar sense que es deformin de cap manera.
   • Les pressions de gas ideals augmenten a mesura que es comprimeixen en espais més petits i disminueixen a mesura que s’expandeixen a zones més grans. Aquesta relació s’anomena Llei de Boyle, després de Robert Boyle. Es descriu matemàticament com k = P x V o, més simplement, k = PV, on k representa la relació constant, P representa la pressió i V representa el volum.
   • Les pressions es poden determinar utilitzant una de les diverses unitats possibles. Un és Pascal (Pa), definit com una força de Newton aplicada sobre un metre quadrat. Una altra és l’atmosfera (atm), definida com la pressió de l’atmosfera terrestre a nivell del mar. Una pressió d’1 atm és igual a 101.325 Pa.
   • Les temperatures ideals del gas augmenten a mesura que augmenten i disminueixen els volums. Aquesta relació s’anomena Llei de Charles després de Jacques Charles i es descriu matemàticament com k = V / t, on k representa la relació entre volum constant i temperatura, V representa volum, de nou, i T representa temperatura.
   • Les temperatures del gas en aquesta equació es donen en graus Kelvin, que es troben afegint 273 al nombre de graus Celsius de la temperatura del gas.
   • Aquestes dues relacions es poden combinar en una única equació: k = PV / T, que també es pot escriure com PV = kT.

2. 

   
   
   Definiu en quines quantitats es mesuren els gasos. Els gasos tenen massa i volum. El volum es mesura generalment en litres (l), però hi ha dos tipus de massa.
   • La massa convencional es mesura en grams o, si hi ha una massa prou gran, en quilograms.
   • A causa de la lleugeresa dels gasos, també es mesuren en una altra forma de massa anomenada massa molecular o massa molar. La massa molar es defineix com la suma dels pesos atòmics de cada àtom del compost del qual es fa el gas, amb cada àtom en comparació amb el valor de 12 per al carboni.
   • Com que els àtoms i les molècules són massa petites per treballar-hi, les quantitats de gasos es defineixen en mols. El nombre de mols presents en un determinat gas es pot determinar dividint la massa per la massa molar i es pot representar per la lletra n.
   • Podem substituir la constant arbitrària k de l’equació del gas pel producte de n, el nombre de mols (mol) i una nova constant R. L’equació ara es pot escriure nR = PV / T o PV = nRT.
   • El valor R depèn de les unitats utilitzades per mesurar les pressions, els volums i les temperatures dels gasos. Per identificar el volum en litres, la temperatura en Kelvin i la pressió en atmosferes, el seu valor és de 0,0821 L.atm / K.mol.També es pot escriure L 0,0821 atm K mol per evitar la barra dividida en les unitats de mesura.

3. 

   
   
   Comprendre la llei de Dalton de les pressions parcials. Desenvolupada pel químic i físic John Dalton, que va avançar per primera vegada el concepte d’elements químics fets d’àtoms, la Llei de Dalton estableix que la pressió total d’una mescla de gasos és la suma de les pressions de cadascun dels gasos de la mescla.
   • La llei de Dalton es pot escriure com una equació com P _total = P₁ + P₂ + P₃... amb tants additius després del signe igual com gasos hi ha a la barreja.
   • L'equació de la Llei de Dalton es pot ampliar quan es treballa amb gasos de les quals es desconeixen les pressions parcials individuals, però de les quals coneixem els seus volums i temperatures. Una pressió parcial d’un gas és la mateixa pressió si la mateixa quantitat de gas era l’únic gas del contenidor.
   • Per a cadascuna de les pressions parcials, podem reescriure l'equació del gas ideal de manera que, en lloc de la fórmula PV = nRT, puguem tenir només P al costat esquerre del signe d'igualtat. Per fer-ho, dividim els dos costats per V: PV / V = ​​nRT / V. Les dues V del costat esquerre es cancel·len, deixant P = nRT / V.
   • A continuació, podem substituir cada P subscrita al costat dret de l’equació de pressió parcial: P_total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Part 2 de 3: càlcul de pressions parcials i, a continuació, de pressions totals

1. 

   
   
   
   
   Defineix l’equació de pressió parcial dels gasos amb què treballes. Als efectes d’aquest càlcul, assumirem un globus de 2 litres que conté tres gasos: nitrogen (N₂), oxigen (O₂) i diòxid de carboni (CO₂). Hi ha 10 g de cadascun dels gasos i la temperatura de cadascun d’ells al matràs és de 37º Celsius. Hem de trobar la pressió parcial de cada gas i la pressió total que la barreja exerceix sobre el contenidor.
   • La nostra equació de pressió parcial es converteix en P _total = P _nitrogen + P _oxigen + P _{diòxid de carboni} .
   • Com que intentem trobar la pressió que exerceix cada gas, sabem el volum i la temperatura i podem trobar quants mols de cada gas hi ha en funció de la massa, podem reescriure aquesta equació com: P_total = (nRT / V) _nitrogen + (nRT / V) _oxigen + (nRT / V) _{diòxid de carboni}

2. 

   
   
   Convertiu la temperatura a Kelvin. La temperatura és de 37º Celsius, de manera que afegiu 273 a 37 per obtenir 310 K.

3. 

   Trobeu el nombre de mols per a cadascun dels gasos de la mostra. El nombre de mols d’un gas és la massa del gas que es divideix per la seva massa molar, que hem dit que és la suma dels pesos atòmics de cada àtom del compost.
   • Per al primer gas, el nitrogen (N₂), cada àtom té un pes atòmic de 14. Atès que el nitrogen és diatòmic (forma molecular de dos àtoms), hem de multiplicar 14 per 2 per trobar que el nitrogen de la nostra mostra té una massa molar de 28. Després, divideix la massa en grams, 10 g, per 28, per obtenir el nombre de mols, que aproximarem a 0,4 mol de nitrogen.
   • Per al segon gas, l’oxigen (O₂), cada àtom té un pes atòmic de 16. L’oxigen també és diatòmic, de manera que multipliqueu 16 per 2 per trobar que l’oxigen de la nostra mostra tingui una massa molar de 32. Dividir 10 g per 32 ens proporciona aproximadament 0,3 mol d’oxigen a la nostra mostra.
   • El tercer gas, el diòxid de carboni (CO₂), té 3 àtoms: un de carboni, amb un pes atòmic de 12; i dos oxigen, cadascun amb un pes atòmic de 16. Afegim els tres pesos: 12 + 16 + 16 = 44 per a la massa molar. Dividir 10 g per 44 ens proporciona aproximadament 0,2 mols de diòxid de carboni.

4. 

   
   
   Substituïu els valors per mols, volum i temperatura. La nostra equació ara té aquest aspecte: P_total = (0,4 * R * 310/2) _nitrogen + (0,3 * R * 310/2) _oxigen + (0,2 * R * 310/2) _{diòxid de carboni}.
   • Per simplicitat, hem deixat de banda les unitats de mesura que acompanyen els valors. Aquestes unitats es cancel·laran després de fer les matemàtiques, deixant només la unitat de mesura que estem utilitzant per informar de pressions.

5. 

   Substituïu el valor per la constant R. Trobarem les pressions parcials i totals en atmosferes, de manera que utilitzarem el valor R de 0,0821 atm L / K.mol. Substituir el valor de l’equació ens dóna ara P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitrogen + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oxigen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{diòxid de carboni} .

6. 

   Calculeu les pressions parcials de cada gas. Ara que tenim els valors al seu lloc, és hora de fer les matemàtiques.
   • Per a la pressió parcial de nitrogen, multipliquem 0,4 mol per la nostra constant de 0,0821 i la nostra temperatura de 310 K i, a continuació, dividim per 2 litres: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, aproximadament.
   • Per a la pressió parcial d’oxigen, multipliquem 0,3 mol per la nostra constant de 0,0821 i la nostra temperatura de 310 K i després dividim per 2 litres: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, aproximadament.
   • Per a la pressió parcial del diòxid de carboni, multiplicem 0,2 mol per la nostra constant de 0,0821 i la nostra temperatura de 310 K, i després dividim per 2 litres: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, aproximadament.
   • Afegim ara aquestes pressions per trobar la pressió total: P_total = 5,09 + 3,82 + 2,54, o aproximadament 11,45 atm.

Part 3 de 3: càlcul de la pressió total i després de les pressions parcials

1. 

   Definiu l’equació de pressió parcial com abans. De nou, suposem que un matràs de 2 litres conté 3 gasos: nitrogen (N₂), oxigen (O₂) i diòxid de carboni (CO₂). Hi ha 10 g de cadascun dels gasos i la temperatura de cadascun dels gasos del matràs és de 37 graus centígrads.
   • La temperatura a Kelvin encara serà de 310 i, com abans, tenim uns 0,4 mols de nitrogen, 0,3 mols d’oxigen i 0,2 mols de diòxid de carboni.
   • De la mateixa manera, encara trobarem pressions en atmosferes, de manera que utilitzarem el valor de 0,0821 atm L / K.mol per a la constant R.
   • Per tant, la nostra equació de pressió parcial encara és la mateixa en aquest punt: P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitrogen + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oxigen + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{diòxid de carboni}.

2. 

   Afegiu el nombre de mols de cadascun dels gasos de la mostra per trobar el nombre total de mols de la barreja de gasos. Com que el volum i la temperatura són els mateixos per a cada mostra del gas, sense oblidar que cada valor molar es multiplica per la mateixa constant, podem utilitzar la propietat distributiva de les matemàtiques per reescriure l’equació com P_total = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Sumant 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol de la barreja de gasos. Això simplifica encara més l’equació de P _total = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Calculeu la pressió total de la barreja de gasos. Multiplicant 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, aproximadament.

4. 

   Trobeu la proporció de cada gas en la barreja total. Per fer-ho, divideix el nombre de mols de cadascun dels gasos pel nombre total de mols.
   • Hi ha 0,4 mols de nitrogen, de manera que 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) de la mostra, aproximadament.
   • Hi ha 0,3 mols de nitrogen, de manera que 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) de la mostra, aproximadament.
   • Hi ha 0,2 mols de diòxid de carboni, de manera que 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) de la mostra, aproximadament.
   • Tot i que els percentatges aproximats anteriors sumen només 0,99, els decimals reals es repeteixen, de manera que la suma real és una sèrie de repeticions de nou després del decimal. Per definició, això és el mateix que l’1 o el 100%.

5. 

   Multiplicar el valor proporcional de cada gas per la pressió total per trobar la pressió parcial.
   • Multiplicant 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, aproximadament.
   • Multiplicant 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, aproximadament.
   • Multiplicant 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, aproximadament.

Consells

• Notareu una petita diferència en els valors en trobar primer les pressions parcials, després la pressió total i primer trobar la pressió total i després les pressions parcials. Recordeu que els valors donats es van presentar com a valors aproximats, a causa de l'arrodoniment a un o dos decimals per facilitar la comprensió dels valors. Si feu els càlculs amb una calculadora, sense arrodoniment, notareu una discrepància menor, si escau, entre els dos mètodes.

Advertiments

• El coneixement de les pressions parcials de gas pot esdevenir una qüestió de vida o mort per als bussejadors. Una pressió parcial d’oxigen massa baixa pot provocar la pèrdua de consciència i la mort, mentre que una pressió parcial d’hidrogen o oxigen molt alta també pot ser tòxica.

Materials necessaris

• Calculadora;
• Llibre de consulta de pesos atòmics / masses molars.