المحتوى

• خطوات
• النصيحة
• تحذير
• ماذا تحتاج

في الكيمياء ، "الضغط الجزئي" هو ضغط كل غاز في خليط الغازات التي تعمل على البيئة المحيطة ، مثل عينة خزان الغاز في المختبر ، أو خزان غاز الغواص ، أو الفضاء المحيط. الغلاف الجوي. يمكنك حساب ضغط كل غاز في الخليط إذا كنت تعرف كتلته وحجمه ودرجة حرارته. ثم تضيف الضغوط الجزئية للحصول على الضغط الكلي لخليط الغاز ، أو تجد الضغط الكلي أولاً ثم تجد الضغط الجزئي.

خطوات

جزء 1 من 3: فهم خصائص الغاز

1. 

   تعامل مع كل غاز على أنه غاز "مثالي". في الكيمياء ، الغاز المثالي هو الغاز الذي يتفاعل مع الغازات الأخرى دون أن ينجذب إلى جزيئاتها. يمكن أن تتصادم جزيئات الغاز مع بعضها البعض وترتد مثل كرات البلياردو دون تشوه.
   • يزداد ضغط الغاز المثالي عندما يتم ضغطه في مساحة أصغر ويقل عندما يتشتت في مساحة أكبر. تُعرف هذه العلاقة باسم قانون بويل (سمي على اسم العالم روبرت بويل). توضح الصيغة الرياضية أن هذه العلاقة هي k = P x V ، أو ببساطة k = PV ، حيث k هي علاقة ثابتة بين الضغط والحجم ، P هي الضغط و V هي جسم. منطقة.
   • يمكن إعطاء المشكلة الضغط في واحدة من عدة وحدات مختلفة. حيث يُعرَّف باسكال (Pa) بأنه قوة نيوتن تعمل على متر مربع. وحدة أخرى هي الغلاف الجوي (atm) ، والذي يُعرَّف بأنه ضغط الغلاف الجوي للأرض على ارتفاع يساوي مستوى سطح البحر. ضغط 1 atm هو 101.325 باسكال.
   • تزداد درجة حرارة الغاز المثالي مع زيادة الحجم وانخفاضه مع انخفاض الحجم. تُعرف هذه العلاقة باسم قانون تشارلز (الذي سمي على اسم العالم جاك تشارلز). الصيغة الرياضية لهذا هي k = V / T ، حيث k هي العلاقة الثابتة بين الحجم ودرجة الحرارة ، V هي الحجم ، و T هي درجة الحرارة.
   • تُحسب درجة حرارة الغاز في هذه المعادلة بالدرجات الكلفينية ، والدرجات بالكلفن بإضافة درجات سلزية بمقدار 273.
   • يمكن دمج هاتين العلاقتين في معادلة واحدة: k = PV / T ، أو يمكن كتابتها كـ PV = kT.

2. 

   
   
   يحدد وحدة الكتلة المستخدمة لقياس الغاز. الغاز له كتلة وحجم. تقاس الأحجام عادة باللتر (لتر) ، ولكن هناك كتلتان من الغاز.
   • تقاس الكتل التقليدية بالجرام أو بالكيلوجرام إذا كانت الكتلة كبيرة بما يكفي.
   • نظرًا لأن معظم الغازات غالبًا ما تكون خفيفة جدًا ، يتم قياسها أيضًا بشكل آخر من الكتلة يسمى الكتلة المولية أو الكتلة المولية. تُعرَّف الكتلة المولية على أنها مجموع الكتلة الذرية لكل ذرة في تكوين الغاز ، مع كتلة كل ذرة مقارنة بكتلة الكربون (القيمة 12).
   • نظرًا لأن الذرات والجزيئات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن حسابها ، يتم تحديد كتلة الغاز في المولات. يمكن حساب عدد المولات الموجودة في كمية الغاز بقسمة كتلة الغاز على كتلته المولية ، ويُشار إليها بالحرف n.
   • يمكننا استبدال أي ثابت k في معادلة الغاز بحاصل ضرب n ، وعدد المولات ، وثابت جديد R. لدينا الآن المعادلة nR = PV / T أو PV = nRT.
   • تعتمد قيمة R على الوحدة المستخدمة لقياس ضغط الغاز وحجمه ودرجة حرارته. إذا كان الحجم باللتر ، ودرجة الحرارة بالدرجات الكلفينية ، والضغط في الغلاف الجوي ، فهذا يساوي 0.0821 L atm / K mol. يمكنك أيضًا كتابة 0.0821 L atm K mol لتجنب الاضطرار إلى استخدام الشرطة المائلة للقسمة بوحدات القياس.

3. 

   
   
   قانون دالتون للضغط الجزئي. تم اقتراح هذا القانون من قبل الكيميائي والفيزيائي جون دالتون ، الذي قدم مفهوم العنصر الكيميائي المكون من الذرات لأول مرة. ينص قانون دالتون على أن الضغط الكلي لخليط الغاز هو الضغط الكلي لكل غاز في الخليط.
   • يمكن كتابة قانون دالتون في المعادلة بعد P._مجموع = ص₁ + ص₂ + ص₃ .. بكمية ضغط P تساوي عدد الغازات في الخليط.
   • يمكن تطوير معادلة قانون دالتون عند التعامل مع الغازات التي يكون ضغطها الجزئي غير معروف ، ولكن حجمها ودرجة حرارتها معروفان. الضغط الجزئي للغاز هو الضغط الذي تمارسه نفس كمية الغاز في خزان يحتوي عليه فقط.
   • لكل ضغط جزئي ، يمكننا إعادة كتابة معادلة الغاز المثالية PV = nRT في صورة P فقط على الجانب الأيسر من علامة التساوي. وبالتالي ، يتعين علينا تقسيم الجانبين بواسطة V: PV / V = ​​nRT / V. يتم التخلص من الحرفين V على الجانب الأيسر ، وترك P = nRT / V في النهاية.
   • ثم استبدل هذه الصيغة بكل حرف P على الجانب الأيمن من معادلة الضغط الجزئي: P_مجموع = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   الإعلانات

جزء 2 من 3: احسب الضغط الجزئي ثم الضغط الكلي

1. 

   
   
   
   
   أوجد معادلات الضغط الجزئي للمسائل المعطاة. لتوضيح هذا الحساب ، افترض أن لدينا زجاجة سعة 2 لتر تحتوي على 3 غازات: النيتروجين (N₂) ، الأكسجين (O₂) وثاني أكسيد الكربون (CO₂). يحتوي كل غاز على 10 جم ، ودرجة حرارة كل غاز في الأسطوانة 37 درجة مئوية ، وعلينا إيجاد الضغط الجزئي لكل غاز والضغط الكلي لمزيج الغاز الذي يعمل على الأسطوانة.
   • تتم كتابة معادلة الضغط الجزئي على النحو التالي P_مجموع = ص_{نتروجين} + ص_{الأكسجين} + ص_نشبع.
   • نظرًا لأننا نبحث عن ضغط كل غاز ، فنحن نعرف الحجم ودرجة الحرارة ويمكننا إيجاد عدد المولات لكل غاز بناءً على كتلته ، تتم إعادة كتابة هذه المعادلة إلى: P_مجموع = (nRT / V) _{نتروجين} + (nRT / V) _{الأكسجين} + (nRT / V) _نشبع

2. 

   
   
   حوّل درجة الحرارة إلى درجات كلفن. درجة حرارة الغازات 37 درجة مئوية ، لذا نضيف 37 زائد 273 لنحصل على 310 درجة كلفن.

3. 

   أوجد عدد مولات كل غاز في الزجاجة. عدد مولات الغاز هو كتلة الغاز مقسومة على كتلته المولية ، حيث الكتلة المولية هي الكتلة الكلية لكل ذرة تتكون منها المادة.
   • بالنسبة للغاز الأول ، يكون للنيتروجين الصيغة الجزيئية (N₂) ، كل ذرة لها كتلة 14. بما أن جزيء النيتروجين يحتوي على ذرتين ، يجب أن نضرب 14 في 2 للحصول على الوزن الجزيئي للنيتروجين 28 ، ثم نقسم الكتلة بالجرامات على 10 جم. أعط 28 للحصول على عدد الشامات ، تقريب النتيجة إلى حوالي 0.4 مول من غاز النيتروجين.
   • بالنسبة للغاز الثاني ، الأكسجين له الصيغة الجزيئية (O₂) ، كل ذرة لها كتلة 16. يحتوي جزيء الأكسجين أيضًا على ذرتين ، يجب أن نضرب 16 في 2 للحصول على كتلة جزيء الأكسجين 32. قسمة 10 جم على 32 يعطي نتيجة تقريبية. 0.3 مول من الأكسجين في الزجاجة.
   • الغاز الثالث هو ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ، هناك 3 ذرات: ذرة كربون واحدة كتلتها 12 ، ذرتان من الأكسجين مع كل ذرة كتلة 16. نضيف كتلة ثلاث ذرات: 12 + 16 + 16 = 44 كتلة مركب. قسمة 10 جم على 44 يعطي ما يقرب من 0.2 مول من ثاني أكسيد الكربون.

4. 

   
   
   عوّض عن قيم المولي والحجم ودرجة الحرارة في المعادلة. الآن تبدو المعادلة كما يلي: P_مجموع = (0.4 * ص * 310/2) _{نتروجين} + (0،3 * R * 310/2) _{الأكسجين} + (0.2 * ص * 310/2) _نشبع.
   • للتبسيط نحذف وحدة قياس القيم. سيتم تدمير هذه الوحدات بعد حل المعادلة ، وترك فقط وحدة قياس النتيجة في الضغط.

5. 

   استبدل قيمة الثابت R. سنحسب نتائج الضغط الجزئي والكلي في الغلاف الجوي ، لذلك سنستخدم قيمة R تساوي 0.0821 L atm / K mol. ينتج عن وضع هذه القيمة في المعادلة P_مجموع =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{نتروجين} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{الأكسجين} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _نشبع.

6. 

   احسب الضغط الجزئي لكل غاز. الآن بعد أن عوضنا بالقيم ، فإن الشيء التالي الذي يتعين علينا فعله هو حلها.
   • بالنسبة للضغط الجزئي للنيتروجين ، اضرب 0.4 مول في الثابت 0.0821 ودرجة الحرارة 310 درجة كلفن ، ثم اقسم على 2 لتر: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 ضغط جوي (تقريبًا).
   • بالنسبة للضغط الجزئي للأكسجين ، اضرب 0.3 مول في الثابت 0.0821 ودرجة الحرارة 310 درجة كلفن ، ثم اقسم على 2 لتر: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3.82 ضغط جوي (تقريبًا).
   • للضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون ، اضرب 0.2 مول في الثابت 0.0821 ودرجة الحرارة 310 درجة كلفن ، ثم اقسم على 2 لتر: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 ضغط جوي (تقريبًا).
   • الآن اجمع هذه الضغوط لإيجاد الضغط الكلي: P_مجموع = 5.09 + 3.82 + 2.54 = 11.45 ضغط جوي (تقريبًا).
   الإعلانات

جزء 3 من 3: احسب الضغط الكلي ثم الضغط الجزئي

1. 

   حدد معادلة الضغط الجزئي على النحو الوارد أعلاه. مرة أخرى ، افترض أن لدينا زجاجة سعة 2 لتر تحتوي على 3 غازات: النيتروجين (N₂) ، الأكسجين (O₂) وثاني أكسيد الكربون (CO₂). يحتوي كل غاز على 10 جم ، ودرجة حرارة كل غاز في الأسطوانة 37 درجة مئوية.
   • لا تزال درجة حرارة كلفن 310 درجة ، ومثلما ورد أعلاه ، لدينا حوالي 0.4 مول نيتروجين و 0.3 مول من الأكسجين و 0.2 مول من ثاني أكسيد الكربون.
   • وبالمثل ، سنحسب النتائج تحت الغلاف الجوي ، لذا سنستخدم قيمة R تبلغ 0.0821 L atm / K mol.
   • في هذه المرحلة ، تظل معادلة الضغط الجزئي: P_مجموع =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{نتروجين} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{الأكسجين} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _نشبع.

2. 

   أضف عدد مولات كل غاز في الأسطوانة لإيجاد إجمالي مولات خليط الغازات. نظرًا لأن أحجام ودرجات حرارة الغازات في الأسطوانة هي نفسها ، والكتلة الجزيئية لكل غاز مضروبة أيضًا في نفس الثابت ، يمكننا استخدام خاصية التوزيع في الرياضيات لإعادة كتابة المعادلة. العملية هي P._مجموع = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • أضف 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 مول من خليط الغازات. يتم تقليل المعادلة إلى P_مجموع = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   أوجد الضغط الكلي لمزيج الغازات. خذ 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 مول (تقريبًا).

4. 

   أوجد نسبة الغازات التي يتكون منها الخليط. تقسم عدد المولات لكل غاز على إجمالي عدد مولات خليط الغازات.
   • لدينا 0.4 مول من النيتروجين لذلك نأخذ 0.4 / 0.9 = 0.44 (44٪) في خليط الغاز (تقريبًا).
   • لدينا 0.3 مول من الأكسجين لذلك نأخذ 0.3 / 0.9 = 0.33 (33٪) في خليط الغازات (تقريبًا).
   • لدينا 0.2 مول من ثاني أكسيد الكربون لذلك نأخذ 0.2 / 0.9 = 0.22 (22٪) في خليط الغاز (تقريبًا).
   • على الرغم من أن النسب المئوية التقريبية أعلاه تصل إلى 0.99 فقط ، في الواقع ، تستمر الكسور العشرية في التكرار ، حيث يكون المجموع عبارة عن سلسلة من 9 ثوانٍ بعد الفاصلة. بحكم التعريف هذا يعادل 1 أو 100 بالمائة.

5. 

   اضرب نسبة الكتلة لكل غاز في الضغط الكلي لإيجاد الضغط الجزئي.
   • خذ 0.44 * 11.45 = 5.04 ضغط جوي (تقريبًا).
   • خذ 0.33 * 11.45 = 3.78 ضغط جوي (تقريبًا).
   • خذ 0.22 * 11.45 = 2.52 ضغط جوي (تقريبًا).
   الإعلانات

النصيحة

• ستلاحظ وجود تباين طفيف بين حساب الضغط الجزئي وحساب الضغط الجزئي أولاً وحساب الضغط الجزئي. تذكر أن القيم المحسوبة هي أرقام تقريبية فقط لأننا نقرب إلى رقم واحد أو رقمين بعد الفواصل لجعلها أبسط.إذا استخدمنا آلة حاسبة لإجراء العمليات الحسابية دون التقريب ، فسيكون الانحراف بين هاتين الطريقتين أصغر ، ولا حتى.

تحذير

• بالنسبة للغواصين ، فإن معرفة الضغط الجزئي للغاز مهم بشكل خاص لأنه مرتبط بحياتهم. يمكن أن يتسبب الضغط الجزئي للأكسجين المنخفض جدًا في فقدان الوعي أو الوفاة ، بينما يمكن أن يتسبب الضغط الجزئي للنيتروجين أو الأكسجين في حدوث التسمم.

ماذا تحتاج

• حاسوب محمول
• كتاب مرجعي للكتلة الذرية / الكتلة المولية