Cara Mengira Tekanan Separa: 14 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: Jason Gerald | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-19 22:13

"Tekanan separa" dalam kimia adalah tekanan yang diberikan oleh setiap gas dalam campuran gas di sekitarnya, seperti termos volumetrik, tangki udara menyelam, atau sempadan atmosfera. Anda boleh mengira tekanan setiap gas dalam campuran jika anda mengetahui jumlah gas, isipadu yang dimilikinya, dan suhunya. Tekanan separa boleh ditambah bersama untuk mengira tekanan keseluruhan campuran gas. Sebaliknya, tekanan total dapat dikira terlebih dahulu untuk mengira tekanan separa.

Langkah

Bahagian 1 dari 3: Memahami Sifat Gas

Langkah 1. Perlakukan setiap gas sebagai gas "ideal"

Dalam kimia, gas yang ideal adalah gas yang berinteraksi dengan gas lain tanpa tertarik dengan molekulnya. Molekul yang bersendirian dapat melambung dan melambung seperti bola biliar tanpa cacat.

Tekanan gas ideal meningkat apabila dimampatkan di ruang yang lebih kecil dan menurun ketika mengembang di ruang yang lebih besar. Hubungan ini dinamakan Boyle's Law yang diciptakan oleh Robert Boyle. Secara matematik, rumus adalah k = P x V, atau disederhanakan menjadi k = PV, k adalah pemalar, P adalah tekanan, sementara V adalah isipadu.
Terdapat beberapa unit tekanan yang mungkin. Salah satunya ialah Pascal (Pa). Unit ini ditakrifkan sebagai kekuatan satu newton yang dikenakan pada luas permukaan satu meter persegi. Unit lain adalah suasana (atm). Suasana adalah tekanan atmosfera Bumi di permukaan laut. Tekanan 1 atm bersamaan dengan 101,325 Pa.
Suhu gas ideal meningkat dengan peningkatan jumlah dan penurunan dengan penurunan jumlah. Hubungan ini dinamakan Charles 'Law yang diciptakan oleh saintis Jacques Charles. Rumus matematik adalah k = V / T, di mana k adalah isipadu dan suhu, V adalah isipadu, dan T adalah suhu.
Suhu gas dalam persamaan ini diberikan dalam darjah Kelvin, yang diperoleh dengan menambahkan nombor 273 ke nilai darjah dalam Celsius.
Kedua formula di atas dapat digabungkan dengan satu persamaan: k = PV / T, yang juga dapat ditulis sebagai PV = kT.

Langkah 2. Tentukan kuantiti gas yang akan diukur

Gas mempunyai jisim dan isipadu. Isipadu biasanya diukur dalam liter (l), tetapi terdapat dua jenis jisim.

Jisim konvensional diukur dalam gram, tetapi dalam jumlah yang lebih besar unitnya adalah kilogram.
Kerana gas sangat ringan, unit yang digunakan adalah jisim molekul atau jisim molar. Jisim molar adalah jumlah jisim atom setiap atom dalam sebatian yang membentuk gas, setiap atom dibandingkan dengan nombor 12 untuk karbon.
Oleh kerana atom dan molekul terlalu kecil untuk dikira, kuantiti gas ditentukan dalam mol. Bilangan mol yang terdapat dalam gas tertentu dapat diperoleh dengan membahagi jisim dengan jisim molar dan dilambangkan dengan huruf n.
Pemalar K dalam persamaan gas boleh digantikan oleh produk n, bilangan mol (mol), dan pemalar baru R. Sekarang rumusnya adalah nR = PV / T atau PV = nRT.
Nilai R bergantung pada unit yang digunakan untuk mengukur tekanan, isi padu, dan suhu gas. Untuk isipadu dalam liter, suhu di Kelvin, dan tekanan di atmosfera, nilainya adalah 0,0821 L atm / K mol. Nilai ini boleh ditulis sebagai 0,0821 L atm K^-1 tahi lalat ^-1 untuk mengelakkan penggunaan garis miring untuk mewakili bahagian dalam unit pengukuran.

Langkah 3. Memahami Hukum Dalton mengenai Tekanan Separa

Undang-undang ini dikembangkan oleh ahli kimia dan ahli fizik John Dalton, yang pertama kali mengembangkan konsep bahawa unsur-unsur kimia terbuat dari atom. Undang-undang Dalton menyatakan bahawa tekanan total campuran gas adalah jumlah tekanan masing-masing gas dalam campuran.

Hukum Dalton boleh ditulis dalam bentuk formula P berikut_jumlah = P₁ + P₂ + P₃ … Jumlah P di sebelah kanan tanda sama dengan jumlah gas dalam campuran.
Formula undang-undang Dalton dapat diperpanjang ketika berurusan dengan berbagai gas di mana tekanan separa setiap gas tidak diketahui, tetapi jumlah dan suhunya diketahui. Tekanan separa gas sama dengan tekanan yang mengandaikan bahawa gas dalam jumlah itu adalah satu-satunya gas di dalam bekas.
Untuk setiap tekanan separa, formula gas yang ideal dapat digunakan. Daripada menggunakan PV = nRT, hanya P di sebelah kiri yang dapat digunakan. Untuk itu, kedua-dua sisi dibahagi dengan V: PV / V = nRT / V. Kedua-dua V di sebelah kanan saling membatalkan, meninggalkan P = nRT / V.
Kita dapat menggunakannya untuk menggantikan setiap P di sebelah kanan yang mewakili gas tertentu dalam formula tekanan separa: P_jumlah = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …

Bahagian 2 dari 3: Mengira Tekanan Separa, Kemudian Tekanan Jumlah

Langkah 1. Tentukan persamaan tekanan separa untuk setiap gas yang anda kirakan

Untuk pengiraan ini diandaikan bahawa termos 2 liter menahan 3 gas: nitrogen (N₂), oksigen (O₂), dan karbon dioksida (CO₂). Setiap gas mempunyai jisim 10 g, dan suhu 37 darjah Celsius. Kami akan mengira tekanan separa setiap gas dan tekanan total campuran gas dalam termos kimia.

Formula tekanan separa ialah P_jumlah = P_nitrogen + P_oksigen + P_{karbon dioksida}.
Oleh kerana kita mencari tekanan untuk setiap gas dengan isipadu dan suhu yang diketahui, bilangan mol setiap gas dapat dihitung berdasarkan jisimnya. Rumus boleh diubah menjadi: P_jumlah = (nRT / V) _nitrogen + (nRT / V) _oksigen + (nRT / V) _{karbon dioksida}

Langkah 2. Tukar suhu ke darjah Kelvin

Suhu dalam Celsius ialah 37 darjah, jadi tambah 273 hingga 37 untuk mendapatkan 310 darjah K.

Langkah 3. Cari bilangan mol setiap gas yang terdapat dalam sampel

Bilangan mol gas adalah jisim gas yang dibahagi dengan jisim molarnya, yang merupakan jumlah jisim atom setiap atom dalam campuran.

Untuk gas nitrogen (N₂, setiap atom mempunyai jisim atom 14. Oleh kerana nitrogen adalah diatomik (molekul dua atom), nilai 14 mesti dikalikan dengan 2 untuk mendapatkan jisim molar 28 bagi nitrogen dalam sampel ini. Selanjutnya jisim dalam gram, 10g, dibahagi dengan 28, untuk mendapatkan bilangan mol, jadi hasilnya adalah kira-kira 0.4 mol nitrogen.
Untuk gas seterusnya, oksigen (O₂, setiap atom mempunyai jisim atom 16. Oksigen juga diatomik, jadi 16 kali 2 memberikan jisim molar oksigen dalam sampel 32. 10 gram dibahagi dengan 32 memberikan kira-kira 0.3 mol oksigen.
Seterusnya ialah karbon dioksida (CO₂), yang mempunyai 3 atom, iaitu satu atom karbon dengan jisim atom 12 dan dua atom oksigen dengan jisim atom 16. Ketiga-tiga jisim atom ini ditambahkan untuk mendapatkan jisim molar: 12 + 16 + 16 = 44. 10 gram seterusnya dibahagi dengan 44 jadi hasilnya adalah sekitar 0.2 mol karbon dioksida.

Langkah 4. Masukkan nilai mol, isipadu, dan suhu

Nombor dimasukkan ke dalam formula: P_jumlah = (0, 4 * R * 310/2) _nitrogen + (0, 3 * R * 310/2) _oksigen + (0, 2 * R * 310/2) _{karbon dioksida}.

Untuk kesederhanaan, unit tidak ditulis. Unit-unit ini akan dihapus dalam pengiraan matematik, hanya menyisakan unit tekanan

Langkah 5. Masukkan nilai pemalar R

Tekanan total dan separa akan dinyatakan dalam unit atmosfera, sehingga nilai R yang digunakan adalah 0,0821 L atm / K mol. Nilai ini kemudian dimasukkan ke dalam persamaan sehingga formula adalah P_jumlah =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitrogen + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oksigen + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{karbon dioksida}.

Langkah 6. Hitung tekanan separa bagi setiap gas

Sekarang semua nilai yang diperlukan sudah tersedia, sudah waktunya untuk melakukan matematik.

Untuk tekanan separa nitrogen, 0.4 mol dikalikan dengan pemalar 0.0821 dan suhu 310 darjah K, kemudian dibahagi dengan 2 liter: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 atm, kira-kira.
Untuk tekanan separa oksigen, 0.3 mol dikalikan dengan pemalar 0.0821 dan suhu 310 darjah K, kemudian dibahagi dengan 2 liter: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3.82 atm, kira-kira.
Untuk tekanan separa karbon dioksida, 0.2 mol dikalikan dengan pemalar 0.0821 dan suhu 310 darjah K, kemudian dibahagi dengan 2 liter: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 atm, kira-kira.
Ketiga-tiga tekanan separa kemudian ditambahkan bersama untuk mendapatkan tekanan total: P_jumlah = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54, atau 11.45 atm, lebih kurang.

Bahagian 3 dari 3: Mengira Tekanan Jumlah, kemudian Sebahagian

Langkah 1. Tentukan formula tekanan separa seperti sebelumnya

Sekali lagi, anggap termos 2 liter mengandungi 3 gas berbeza: nitrogen (N₂), oksigen (O₂), dan karbon dioksida (CO₂). Jisim setiap gas ialah 10 gram dan suhu masing-masing ialah 37 darjah C.

Suhu di Kelvin masih sama 310 darjah dan bilangan mol kira-kira 0.4 mol nitrogen, 0.3 mol oksigen, dan 0.2 mol karbon dioksida.
Unit tekanan yang digunakan juga atmosfera, jadi nilai pemalar R adalah 0,0821 L atm / K mol.
Jadi persamaan tekanan separa masih sama pada ketika ini: P_jumlah =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitrogen + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oksigen + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{karbon dioksida}.

Langkah 2. Tambahkan bilangan mol setiap gas dalam sampel untuk mendapatkan jumlah mol mol gas tersebut

Oleh kerana isipadu dan suhu sama untuk setiap sampel gas, dan setiap nilai molar juga dikalikan dengan pemalar yang sama, kita dapat menggunakan sifat distribusi matematik untuk menulis semula persamaan seperti berikut:_jumlah = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Lakukan jumlahnya: 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 mol campuran gas. Persamaan akan lebih mudah, iaitu P_jumlah = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Langkah 3. Hitung jumlah tekanan campuran gas

Lakukan pendaraban: 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 mol, lebih kurang.

Langkah 4. Hitung bahagian setiap gas yang membentuk campuran

Untuk mengira bahagian setiap gas dalam campuran, bahagikan bilangan mol setiap gas dengan jumlah mol.

Terdapat 0.4 mol nitrogen, jadi 0.4 / 0.9 = 0.44 (44 peratus) sampel, lebih kurang.
Terdapat 0.3 mol nitrogen, jadi 0.3 / 0.9 = 0.33 (33 peratus) sampel, lebih kurang.
Terdapat 0.2 mol karbon dioksida, jadi 0.2 / 0.9 = 0.22 (22 peratus) sampel, lebih kurang.
Walaupun pengiraan peratusan di atas mengembalikan 0.99, nilai perpuluhan sebenar berulang. Ini bermaksud bahawa selepas titik perpuluhan nombor adalah 9 yang mengulanginya sendiri. Secara definisi nilai ini sama dengan 1, atau 100 peratus.