NộI Dung

• Các bước
• Lời khuyên
• Cảnh báo
• Vật liệu cần thiết

Trong hóa học, "áp suất riêng phần" đề cập đến áp suất mà mỗi khí trong hỗn hợp khí tác dụng lên môi trường xung quanh nó, chẳng hạn như chai đựng mẫu, bình chứa khí lặn hoặc giới hạn của bầu khí quyển. Bạn có thể tính áp suất của mỗi khí trong một hỗn hợp nếu biết khối lượng của nó là bao nhiêu, thể tích của nó là bao nhiêu và nhiệt độ của nó. Sau đó, bạn có thể thêm các áp suất riêng phần này để tìm áp suất tổng của hỗn hợp khí, hoặc bạn có thể tìm áp suất tổng trước rồi tìm áp suất riêng phần.

Các bước

Phần 1/3: Tìm hiểu tính chất của chất khí

1. 

   Coi mỗi khí là một khí "lý tưởng". Khí lý tưởng, trong hóa học, là khí tương tác với các khí khác, mà không bị hút vào các phân tử của nó. Các phân tử riêng lẻ có thể va vào nhau và bật ra như quả bóng bi-a mà không bị biến dạng theo bất kỳ cách nào.
   • Áp suất khí lý tưởng tăng lên khi chúng bị nén vào không gian nhỏ hơn và giảm khi chúng mở rộng ra các khu vực lớn hơn. Mối quan hệ này được gọi là Định luật Boyle, theo tên Robert Boyle. Nó được mô tả về mặt toán học là k = P x V hay đơn giản hơn là k = PV, trong đó k đại diện cho mối quan hệ hằng số, P đại diện cho áp suất và V đại diện cho thể tích.
   • Áp suất có thể được xác định bằng cách sử dụng một trong một số đơn vị khả thi. Một là Pascal (Pa), được định nghĩa là lực Newton tác dụng lên một mét vuông. Một loại khác là khí quyển (atm), được định nghĩa là áp suất của khí quyển Trái đất ở mực nước biển. Áp suất 1 atm bằng 101,325 Pa.
   • Nhiệt độ khí lý tưởng tăng khi thể tích tăng và giảm. Mối quan hệ này được gọi là Định luật Charles sau Jacques Charles và được mô tả về mặt toán học là k = V / t, trong đó k đại diện cho mối quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ không đổi, V đại diện cho thể tích, và T đại diện cho nhiệt độ.
   • Nhiệt độ khí trong phương trình này được cho bằng độ Kelvin, được tìm thấy bằng cách cộng 273 vào số độ C của nhiệt độ khí.
   • Hai mối quan hệ này có thể được kết hợp thành một phương trình duy nhất: k = PV / T, cũng có thể được viết dưới dạng PV = kT.

2. 

   
   
   Xác định các đại lượng đo các khí. Các chất khí có khối lượng và thể tích. Thể tích thường được đo bằng lít (l), nhưng có hai loại khối lượng.
   • Khối lượng thông thường được đo bằng gam hoặc nếu có khối lượng đủ lớn là kilôgam.
   • Do độ nhẹ của các chất khí, chúng còn được đo dưới dạng khối lượng khác gọi là khối lượng phân tử hoặc khối lượng mol. Khối lượng mol được định nghĩa là tổng khối lượng nguyên tử của mỗi nguyên tử của hợp chất mà khí được tạo ra, với mỗi nguyên tử được so sánh với giá trị của cacbon là 12.
   • Vì các nguyên tử và phân tử quá nhỏ để làm việc với nhau, lượng khí được xác định bằng mol. Số mol có trong một chất khí nhất định có thể được xác định bằng cách chia khối lượng cho khối lượng mol và có thể được biểu diễn bằng chữ n.
   • Chúng ta có thể thay hằng số k tùy ý trong phương trình khí bằng tích của n, số mol (mol) và một hằng số mới R. Bây giờ có thể viết phương trình nR = PV / T hoặc PV = nRT.
   • Giá trị R phụ thuộc vào các đơn vị được sử dụng để đo áp suất, thể tích và nhiệt độ của chất khí. Để xác định thể tích tính bằng lít, nhiệt độ tính bằng Kelvin và áp suất trong khí quyển, giá trị của nó là 0,0821 L.atm / K.mol.Điều này cũng có thể được viết L 0,0821 atm K mol để tránh vạch chia trong các đơn vị đo lường.

3. 

   
   
   Hiểu định luật Dalton về áp suất riêng phần. Được phát triển bởi nhà hóa học và vật lý học John Dalton, người đầu tiên nâng cao khái niệm về các nguyên tố hóa học được tạo ra từ các nguyên tử, Định luật Dalton phát biểu rằng tổng áp suất của một hỗn hợp khí là tổng áp suất của mỗi khí trong hỗn hợp.
   • Định luật Dalton có thể được viết thành một phương trình dưới dạng P _{toàn bộ} = P₁ + P₂ + P₃... với bao nhiêu đồng đẳng sau dấu bằng khi có bao nhiêu khí trong hỗn hợp.
   • Phương trình Định luật Dalton có thể được mở rộng khi làm việc với các chất khí có áp suất riêng phần chưa biết, nhưng chúng ta biết thể tích và nhiệt độ của chúng. Áp suất riêng phần của một chất khí là cùng áp suất nếu cùng một lượng khí đó là khí duy nhất trong bình chứa.
   • Đối với mỗi áp suất riêng phần, chúng ta có thể viết lại phương trình khí lý tưởng để thay vào công thức PV = nRT, chúng ta chỉ có P ở bên trái dấu bằng. Để làm điều này, chúng ta chia cả hai vế cho V: PV / V = ​​nRT / V. Hai chữ V ở phía bên trái triệt tiêu lẫn nhau, để lại P = nRT / V.
   • Sau đó, chúng ta có thể thay thế mỗi P được ghi vào bên phải của phương trình áp suất riêng phần: P_{toàn bộ} = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Phần 2/3: Tính toán áp suất riêng phần và áp suất tổng

1. 

   
   
   
   
   Xác định phương trình áp suất riêng phần của các khí bạn đang làm việc. Với mục đích của phép tính này, chúng tôi sẽ giả sử một quả bóng 2 lít chứa ba khí: nitơ (N₂), oxy (O₂) và carbon dioxide (CO₂). Có 10g mỗi khí và nhiệt độ của mỗi khí trong bình là 37ºC. Chúng ta cần tìm áp suất riêng phần của mỗi khí và áp suất toàn phần mà hỗn hợp tác dụng lên bình chứa.
   • Phương trình áp suất riêng phần của chúng ta trở thành P _{toàn bộ} = P _nitơ + P _ôxy + P _{cạc-bon đi-ô-xít} .
   • Vì chúng ta đang cố gắng tìm áp suất mà mỗi khí thải ra, chúng ta biết thể tích và nhiệt độ và chúng ta có thể tìm được bao nhiêu mol của mỗi khí dựa trên khối lượng, chúng ta có thể viết lại phương trình này dưới dạng: P_{toàn bộ} = (nRT / V) _nitơ + (nRT / V) _ôxy + (nRT / V) _{cạc-bon đi-ô-xít}

2. 

   
   
   Chuyển đổi nhiệt độ sang Kelvin. Nhiệt độ là 37º C, vì vậy hãy thêm 273 đến 37 để có 310 K.

3. 

   Tìm số mol của mỗi khí trong mẫu. Số mol của một chất khí là khối lượng của chất khí đó chia cho khối lượng mol của nó, mà ta đã nói là tổng khối lượng nguyên tử của mỗi nguyên tử trong hợp chất.
   • Đối với khí đầu tiên, nitơ (N₂), mỗi nguyên tử có khối lượng nguyên tử là 14. Vì nitơ là nguyên tử (dạng phân tử của hai nguyên tử) nên ta phải nhân 14 với 2 để thấy rằng nitơ trong mẫu của chúng ta có khối lượng mol là 28. Sau đó, chia khối lượng. tính bằng gam, 10 g, bằng 28, để thu được số mol, chúng ta sẽ tính gần đúng với 0,4 mol nitơ.
   • Đối với khí thứ hai, oxy (O₂), mỗi nguyên tử có khối lượng nguyên tử là 16. Ôxy cũng là một nguyên tử, vì vậy hãy nhân 16 với 2 để thấy rằng ôxy trong mẫu của chúng ta có khối lượng mol là 32. Chia 10 g cho 32 ta được khoảng 0,3 mol ôxy trong mẫu mẫu vật.
   • Khí thứ ba, carbon dioxide (CO₂), có 3 nguyên tử: một cacbon, với khối lượng nguyên tử là 12; và hai oxi, mỗi nguyên tử có trọng lượng là 16. Ta cộng ba quả nặng: 12 + 16 + 16 = 44 về khối lượng mol. Chia 10 g cho 44 ta được khoảng 0,2 mol khí cacbonic.

4. 

   
   
   Thay các giá trị bằng số mol, thể tích và nhiệt độ. Phương trình của chúng ta bây giờ trông như thế này: P_{toàn bộ} = (0,4 * R * 310/2) _nitơ + (0,3 * R * 310/2) _ôxy + (0,2 * R * 310/2) _{cạc-bon đi-ô-xít}.
   • Để đơn giản, chúng tôi đã bỏ đi các đơn vị đo lường đi kèm với các giá trị. Các đơn vị đo này sẽ bị hủy bỏ sau khi chúng ta thực hiện phép toán, chỉ để lại đơn vị đo lường chúng ta đang sử dụng để báo cáo áp suất.

5. 

   Thay giá trị cho hằng số R. Chúng ta sẽ tìm thấy áp suất riêng phần và áp suất toàn phần trong khí quyển, vì vậy chúng ta sẽ sử dụng giá trị R là 0,0821 atm L / K.mol. Thay giá trị trong phương trình bây giờ cho chúng ta P_{toàn bộ} =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitơ + (0,3 *0,0821 * 310/2) _ôxy + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{cạc-bon đi-ô-xít} .

6. 

   Tính áp suất riêng phần của mỗi khí. Bây giờ chúng ta đã có các giá trị tại chỗ, đã đến lúc thực hiện phép toán.
   • Đối với áp suất riêng phần của nitơ, chúng ta nhân 0,4 mol với hằng số 0,0821 và nhiệt độ 310 K, rồi chia cho 2 lít: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, xấp xỉ.
   • Đối với áp suất oxy riêng phần, chúng ta nhân 0,3 mol với hằng số 0,0821 và nhiệt độ 310 K của chúng ta rồi chia cho 2 lít: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, xấp xỉ.
   • Đối với áp suất riêng phần của carbon dioxide, chúng ta nhân 0,2 mol với hằng số 0,0821 và nhiệt độ 310 K, rồi chia cho 2 lít: xấp xỉ 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm.
   • Bây giờ chúng ta cộng các áp suất này để tìm tổng áp suất: P_{toàn bộ} = 5,09 + 3,82 + 2,54, hoặc xấp xỉ 11,45 atm.

Phần 3/3: Tính áp suất tổng và sau đó là áp suất riêng phần

1. 

   Xác định phương trình áp suất riêng phần như trước. Một lần nữa, chúng ta giả sử rằng một bình 2 lít chứa 3 khí: nitơ (N₂), oxy (O₂), và carbon dioxide (CO₂). Có 10g mỗi khí và nhiệt độ của mỗi khí trong bình là 37 độ C.
   • Nhiệt độ ở Kelvin vẫn sẽ là 310, và như trước đây, chúng ta có khoảng 0,4 mol nitơ, 0,3 mol oxy và 0,2 mol carbon dioxide.
   • Tương tự như vậy, chúng ta vẫn sẽ tìm thấy áp suất trong khí quyển, vì vậy chúng ta sẽ sử dụng giá trị 0,0821 atm L / K.mol cho hằng số R.
   • Vì vậy, phương trình áp suất riêng phần của chúng ta vẫn giống nhau ở điểm này: P_{toàn bộ} =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitơ + (0,3 *0,0821 * 310/2) _ôxy + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{cạc-bon đi-ô-xít}.

2. 

   Thêm số mol của mỗi khí trong mẫu để tìm tổng số mol của hỗn hợp khí. Vì thể tích và nhiệt độ của mỗi mẫu khí là như nhau, chưa kể mỗi giá trị mol được nhân với cùng một hằng số, chúng ta có thể sử dụng tính chất phân phối của toán học để viết lại phương trình dưới dạng P_{toàn bộ} = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Thêm 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol hỗn hợp khí. Điều này đơn giản hóa thêm phương trình cho P _{toàn bộ} = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Tính áp suất toàn phần của hỗn hợp khí. Nhân khoảng 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol.

4. 

   Tìm tỉ khối của mỗi khí trong tổng hỗn hợp. Để thực hiện điều này, hãy chia số mol của mỗi khí cho tổng số mol.
   • Có 0,4 mol nitơ, vậy xấp xỉ 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) mẫu.
   • Có 0,3 mol nitơ, vì vậy xấp xỉ 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) mẫu.
   • Có 0,2 mol khí cacbonic, sao cho xấp xỉ 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) mẫu.
   • Mặc dù các tỷ lệ phần trăm gần đúng ở trên cộng lại chỉ bằng 0,99, các số thập phân thực tế đang lặp lại, do đó, tổng thực tế là một chuỗi lặp lại các số chín sau số thập phân. Theo định nghĩa, điều này giống như 1 hoặc 100%.

5. 

   Nhân giá trị tỉ lệ của mỗi khí với áp suất toàn phần để tìm áp suất riêng phần.
   • Nhân xấp xỉ 0,44 * 11,45 = 5,04 atm.
   • Nhân xấp xỉ 0,33 * 11,45 = 3,78 atm.
   • Nhân xấp xỉ 0,22 * 11,45 = 2,52 atm.

Lời khuyên

• Bạn sẽ nhận thấy sự khác biệt nhỏ trong các giá trị bằng cách tìm các áp suất riêng phần trước, sau đó là áp suất tổng, và tìm áp suất tổng trước rồi mới đến áp suất riêng phần. Hãy nhớ rằng các giá trị đã cho được trình bày dưới dạng giá trị gần đúng, do làm tròn đến một hoặc hai chữ số thập phân để làm cho các giá trị dễ hiểu hơn. Nếu bạn thực hiện các phép tính bằng máy tính mà không làm tròn số, bạn sẽ nhận thấy sự khác biệt nhỏ, nếu có, giữa hai phương pháp.

Cảnh báo

• Kiến thức về áp suất khí từng phần có thể trở thành vấn đề sinh tử đối với thợ lặn. Áp suất riêng phần của oxy quá thấp có thể dẫn đến mất ý thức và tử vong, trong khi áp suất riêng phần của hydro hoặc oxy rất cao cũng có thể gây độc.

Vật liệu cần thiết

• Máy tính;
• Sách tham khảo khối lượng / khối lượng mol nguyên tử.