เนื้อหา

• ขั้นตอน
• คำแนะนำ
• คำเตือน
• สิ่งที่คุณต้องการ

ในทางเคมี "ความดันบางส่วน" คือความดันของก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมของก๊าซที่กระทำต่อสิ่งแวดล้อมโดยรอบเช่นถังก๊าซตัวอย่างในห้องปฏิบัติการถังก๊าซของนักดำน้ำหรือพื้นที่โดยรอบ บรรยากาศ. คุณสามารถคำนวณความดันของก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมได้หากคุณทราบมวลปริมาตรและอุณหภูมิของมัน จากนั้นคุณเพิ่มแรงกดดันบางส่วนเพื่อให้ได้ความดันรวมของส่วนผสมของก๊าซหรือคุณจะพบความดันรวมก่อนแล้วจึงหาค่าความดันบางส่วน

ขั้นตอน

ส่วนที่ 1 ของ 3: ทำความเข้าใจคุณสมบัติของก๊าซ

1. 

   ถือว่าก๊าซแต่ละชนิดเป็นก๊าซ "อุดมคติ" ในทางเคมีก๊าซในอุดมคติคือก๊าซที่ทำปฏิกิริยากับก๊าซอื่น ๆ โดยไม่ถูกดึงดูดเข้าสู่โมเลกุลของพวกมัน โมเลกุลของแก๊สสามารถชนกันและกระเด็นออกไปเหมือนลูกบิลเลียดโดยไม่เสียรูป
   • ความดันของก๊าซในอุดมคติจะเพิ่มขึ้นเมื่อมันถูกบีบอัดลงในพื้นที่ขนาดเล็กและลดลงเมื่อมันกระจายไปในช่องว่างที่ใหญ่ขึ้น ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎของบอยล์ (ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์โรเบิร์ตบอยล์) สูตรคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่าความสัมพันธ์นี้คือ k = P x V หรือมากกว่านั้นเพียงแค่ k = PV โดยที่ k คือความสัมพันธ์คงที่ระหว่างความดันและปริมาตร P คือความดันและ V คือร่างกาย พื้นที่.
   • ปัญหาอาจได้รับแรงดันในหนึ่งในหลาย ๆ หน่วย ซึ่งปาสคาล (Pa) ถูกกำหนดให้เป็นแรงของนิวตันที่กระทำต่อตารางเมตร อีกหน่วยหนึ่งคือบรรยากาศ (atm) ซึ่งหมายถึงความดันของบรรยากาศโลกที่ระดับความสูงเท่ากับระดับน้ำทะเล ความดัน 1 atm คือ 101,325 Pa
   • อุณหภูมิของก๊าซในอุดมคติจะเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาตรเพิ่มขึ้นและลดลงเมื่อปริมาตรลดลง ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎของชาร์ลส์ (ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ Jacques Charles) สูตรทางคณิตศาสตร์สำหรับสิ่งนี้คือ k = V / T โดยที่ k คือความสัมพันธ์คงที่ระหว่างปริมาตรและอุณหภูมิ V คือปริมาตรและ T คืออุณหภูมิ
   • อุณหภูมิของก๊าซในสมการนี้คำนวณเป็นองศาเคลวินและองศาเคลวินโดยการเพิ่มองศาเซลเซียสด้วย 273
   • ความสัมพันธ์ทั้งสองนี้สามารถรวมกันเป็นสมการเดียว: k = PV / T หรือสามารถเขียนเป็น PV = kT

2. 

   
   
   กำหนดหน่วยมวลที่ใช้วัดก๊าซ ก๊าซมีทั้งมวลและปริมาตร โดยปกติปริมาตรจะวัดเป็นลิตร (l) แต่มีก๊าซอยู่สองก้อน
   • มวลทั่วไปมีหน่วยวัดเป็นกรัมหรือถ้ามวลมีขนาดใหญ่พอจะมีหน่วยเป็นกิโลกรัม
   • เนื่องจากก๊าซส่วนใหญ่มักมีน้ำหนักเบาจึงวัดด้วยมวลรูปแบบอื่นที่เรียกว่ามวลโมลาร์หรือมวลโมลาร์ มวลโมเลกุลหมายถึงผลรวมของมวลอะตอมของแต่ละอะตอมในองค์ประกอบของก๊าซโดยมวลของแต่ละอะตอมเทียบกับมวลของคาร์บอน (ค่า 12)
   • เนื่องจากอะตอมและโมเลกุลมีขนาดเล็กมากในการคำนวณจึงกำหนดมวลของก๊าซเป็นโมล จำนวนโมลในปริมาณก๊าซสามารถคำนวณได้โดยการหารมวลของก๊าซด้วยมวลโมลาร์และแสดงด้วยตัวอักษร n
   • เราสามารถแทนค่าคงที่ k ใด ๆ ในสมการของแก๊สด้วยผลคูณของ n จำนวนโมลและค่าคงที่ใหม่ R ตอนนี้เรามีสมการ nR = PV / T หรือ PV = nRT
   • ค่า R ขึ้นอยู่กับหน่วยที่ใช้วัดความดันปริมาตรและอุณหภูมิของก๊าซ ถ้าปริมาตรเป็นลิตรอุณหภูมิเป็นองศาเคลวินและความดันในบรรยากาศนี่คือ 0.0821 L atm / K mol คุณยังสามารถเขียน 0.0821 L atm K mol เพื่อหลีกเลี่ยงการใช้เครื่องหมายทับของการหารในหน่วยวัด

3. 

   
   
   กฎของแรงกดดันบางส่วนของดาลตัน กฎหมายนี้เสนอโดยนักเคมีและนักฟิสิกส์จอห์นดาลตันซึ่งนำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีที่ทำจากอะตอมเป็นครั้งแรก กฎของดาลตันระบุว่าความดันรวมของส่วนผสมของก๊าซคือความดันรวมของก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสม
   • กฎของดาลตันสามารถเขียนลงในสมการหลัง P_รวม = ป₁ + ป₂ + ป₃ ... ด้วยปริมาณความดัน P เท่ากับจำนวนก๊าซในส่วนผสม
   • สมการกฎของดอลตันสามารถพัฒนาได้เมื่อจัดการกับก๊าซที่ไม่ทราบความดันบางส่วน แต่ทราบปริมาตรและอุณหภูมิ ความดันบางส่วนของก๊าซคือความดันที่กระทำโดยปริมาณก๊าซเท่ากันในถังที่มีเพียงก๊าซเดียว
   • สำหรับความดันแต่ละส่วนเราสามารถเขียนสมการก๊าซอุดมคติ PV = nRT ใหม่ให้อยู่ในรูปแบบ P ทางด้านซ้ายของเครื่องหมายเท่ากับเท่านั้น ดังนั้นเราต้องหารสองด้านด้วย V: PV / V = ​​nRT / V V สองตัวทางด้านซ้ายมือจะถูกกำจัดทิ้งให้ P = nRT / V อยู่ท้าย
   • จากนั้นแทนที่สูตรนี้ด้วยแต่ละตัวอักษร P ทางด้านขวาของสมการความดันบางส่วน: P_รวม = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
   โฆษณา

ส่วนที่ 2 ของ 3: คำนวณความดันบางส่วนจากนั้นให้คำนวณความดันทั้งหมด

1. 

   
   
   
   
   กำหนดสมการความดันบางส่วนสำหรับปัญหาที่กำหนด เพื่อแสดงให้เห็นถึงการคำนวณนี้สมมติว่าเรามีขวดขนาด 2 ลิตรที่บรรจุก๊าซ 3 ชนิด: ไนโตรเจน (N₂), ออกซิเจน (O₂) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂). ก๊าซแต่ละตัวมี 10 กรัมและอุณหภูมิของก๊าซแต่ละตัวในกระบอกสูบคือ 37 องศาเซลเซียสเราต้องหาความดันบางส่วนของก๊าซแต่ละตัวและความดันรวมของส่วนผสมของก๊าซที่กระทำต่อกระบอกสูบ
   • สมการความดันบางส่วนเขียนได้ดังนี้ P_รวม = ป_{ไนโตรเจน} + ป_{ออกซิเจน} + ป_{คาร์บอนไดออกไซด์}.
   • เนื่องจากเรากำลังมองหาความดันของก๊าซแต่ละชนิดเราจึงทราบปริมาตรอุณหภูมิและเราสามารถหาจำนวนโมลของก๊าซแต่ละตัวตามมวลได้สมการนี้จึงเขียนใหม่เป็น: P_รวม = (nRT / V) _{ไนโตรเจน} + (nRT / V) _{ออกซิเจน} + (nRT / V) _{คาร์บอนไดออกไซด์}

2. 

   
   
   แปลงอุณหภูมิเป็นองศาเคลวิน อุณหภูมิของก๊าซคือ 37 องศาเซลเซียสดังนั้นเราจึงบวก 37 บวก 273 เพื่อให้ได้ 310 องศาเค

3. 

   ค้นหาจำนวนโมลของก๊าซแต่ละชนิดในขวด จำนวนโมลของก๊าซคือมวลของก๊าซหารด้วยมวลโมลาร์โดยมวลโมลาร์คือมวลรวมของแต่ละอะตอมที่ประกอบเป็นสสาร
   • สำหรับก๊าซชนิดแรกไนโตรเจนมีสูตรโมเลกุล (N₂) แต่ละอะตอมมีมวล 14 เนื่องจากโมเลกุลของไนโตรเจนมีสองอะตอมเราจึงต้องคูณ 14 ด้วย 2 เพื่อให้ได้น้ำหนักโมเลกุลของไนโตรเจน 28 จากนั้นหารมวลเป็นกรัมด้วย 10g ให้ 28 เพื่อให้ได้จำนวนโมลปัดผลลัพธ์เป็นก๊าซไนโตรเจนประมาณ 0.4 โมล
   • สำหรับก๊าซที่สองออกซิเจนมีสูตรโมเลกุล (O₂) แต่ละอะตอมมีมวล 16 โมเลกุลออกซิเจนก็มีสองอะตอมด้วยเราต้องคูณ 16 ด้วย 2 เพื่อให้ได้มวลโมเลกุลออกซิเจนเป็น 32 การหาร 10g ด้วย 32 จะให้ผลลัพธ์โดยประมาณ 0.3 โมลของออกซิเจนในขวด
   • ก๊าซที่สามคือคาร์บอนไดออกไซด์สูตร (CO₂) มี 3 อะตอม: คาร์บอน 1 อะตอมมีมวล 12 ออกซิเจน 2 อะตอมโดยแต่ละอะตอมมีมวล 16 เราเพิ่มมวลของสามอะตอม: 12 + 16 + 16 = 44 คือมวล โมเลกุล การหาร 10g ด้วย 44 จะให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 0.2 โมล

4. 

   
   
   ใส่ค่าโมลปริมาตรและอุณหภูมิลงในสมการ ตอนนี้สมการมีลักษณะดังนี้: P_รวม = (0.4 * R * 310/2) _{ไนโตรเจน} + (0,3 * R * 310/2) _{ออกซิเจน} + (0.2 * R * 310/2) _{คาร์บอนไดออกไซด์}.
   • เพื่อความง่ายเราละเว้นหน่วยวัดสำหรับค่า หน่วยเหล่านี้จะถูกทำลายหลังจากคุณแก้สมการเหลือเพียงหน่วยวัดของผลลัพธ์ในความดัน

5. 

   แทนที่ค่าของค่าคงที่ R เราจะหาผลลัพธ์ของความดันบางส่วนและทั้งหมดในบรรยากาศดังนั้นเราจะใช้ค่า R ที่ 0.0821 L atm / K mol การใส่ค่านี้ลงในสมการให้ผล P_รวม =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{ไนโตรเจน} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{ออกซิเจน} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{คาร์บอนไดออกไซด์}.

6. 

   คำนวณความดันบางส่วนของแต่ละก๊าซ ตอนนี้เราได้เสียบค่าของเราแล้วสิ่งต่อไปที่ต้องทำคือแก้มัน
   • สำหรับความดันไนโตรเจนบางส่วนให้คูณ 0.4 โมลด้วยค่าคงที่ 0.0821 และอุณหภูมิ 310 องศา K จากนั้นหารด้วย 2 ลิตร: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 atm (โดยประมาณ)
   • สำหรับความดันบางส่วนของออกซิเจนให้คูณ 0.3 โมลด้วยค่าคงที่ 0.0821 และอุณหภูมิ 310 องศา K จากนั้นหารด้วย 2 ลิตร: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3.82 atm (โดยประมาณ)
   • สำหรับความดันบางส่วนของคาร์บอนไดออกไซด์ให้คูณ 0.2 โมลด้วยค่าคงที่ 0.0821 และอุณหภูมิ 310 องศา K จากนั้นหารด้วย 2 ลิตร: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 atm (โดยประมาณ)
   • ตอนนี้เพิ่มความกดดันเหล่านี้เพื่อค้นหาความดันทั้งหมด: P_รวม = 5.09 + 3.82 + 2.54 = 11.45 atm (โดยประมาณ)
   โฆษณา

ส่วนที่ 3 ของ 3: คำนวณความดันรวมจากนั้นความดันบางส่วน

1. 

   กำหนดสมการความดันบางส่วนตามด้านบน อีกครั้งสมมติว่าเรามีขวดขนาด 2 ลิตรที่มี 3 ก๊าซ: ไนโตรเจน (N₂), ออกซิเจน (O₂) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂). ก๊าซแต่ละชนิดมี 10 กรัมและอุณหภูมิของก๊าซแต่ละตัวในกระบอกสูบคือ 37 องศาเซลเซียส
   • อุณหภูมิเคลวินยังคงอยู่ที่ 310 องศาและเช่นเดียวกับข้างบนเรามีไนโตรเจนประมาณ 0.4 โมลออกซิเจน 0.3 โมลและคาร์บอนไดออกไซด์ 0.2 โมล
   • ในทำนองเดียวกันเราจะคำนวณผลลัพธ์ภายใต้บรรยากาศดังนั้นเราจะใช้ค่า R 0.0821 L atm / K mol
   • ณ จุดนี้สมการความดันบางส่วนยังคงอยู่: P_รวม =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{ไนโตรเจน} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{ออกซิเจน} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{คาร์บอนไดออกไซด์}.

2. 

   เพิ่มจำนวนโมลของก๊าซแต่ละตัวในกระบอกสูบเพื่อหาโมลทั้งหมดของส่วนผสมของก๊าซ เนื่องจากปริมาตรและอุณหภูมิของก๊าซในกระบอกสูบเท่ากันและมวลโมเลกุลของก๊าซแต่ละตัวจะถูกคูณด้วยค่าคงที่เท่ากันเราจึงสามารถใช้คุณสมบัติการกระจายของคณิตศาสตร์เพื่อเขียนสมการใหม่ได้ กระบวนการคือ P_รวม = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • เติมส่วนผสมของก๊าซ 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 โมล สมการจะลดลงอีกเป็น P_รวม = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   ค้นหาความดันรวมของส่วนผสมของแก๊ส รับ 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 โมล (โดยประมาณ)

4. 

   หาสัดส่วนของก๊าซแต่ละชนิดที่ประกอบเป็นส่วนผสม คุณหารจำนวนโมลต่อก๊าซด้วยโมลทั้งหมดของส่วนผสมของก๊าซ
   • เรามีไนโตรเจน 0.4 โมลดังนั้นเราจึงใช้ 0.4 / 0.9 = 0.44 (44%) ในส่วนผสมของก๊าซ (โดยประมาณ)
   • เรามีออกซิเจน 0.3 โมลดังนั้นเราจึงใช้ 0.3 / 0.9 = 0.33 (33%) ในส่วนผสมของก๊าซ (โดยประมาณ)
   • เรามีคาร์บอนไดออกไซด์ 0.2 โมลดังนั้นเราจึงใช้ 0.2 / 0.9 = 0.22 (22%) ในส่วนผสมของก๊าซ (โดยประมาณ)
   • แม้ว่าเปอร์เซ็นต์โดยประมาณข้างต้นจะรวมกันได้เพียง 0.99 แต่ในความเป็นจริงแล้วทศนิยมจะยังคงเกิดซ้ำโดยผลรวมจะเป็นอนุกรมของ 9 หลังเครื่องหมายจุลภาค ตามความหมายแล้วจะเท่ากับ 1 หรือ 100 เปอร์เซ็นต์

5. 

   คูณอัตราส่วนของมวลต่อก๊าซด้วยความดันทั้งหมดเพื่อหาความดันบางส่วน
   • ใช้เวลา 0.44 * 11.45 = 5.04 atm (โดยประมาณ)
   • ใช้เวลา 0.33 * 11.45 = 3.78 atm (โดยประมาณ)
   • ใช้เวลา 0.22 * 11.45 = 2.52 atm (โดยประมาณ)
   โฆษณา

คำแนะนำ

• คุณจะสังเกตเห็นความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างการคำนวณความดันบางส่วนและการคำนวณความดันบางส่วนก่อนและการคำนวณความดันบางส่วน โปรดจำไว้ว่าค่าที่คำนวณได้เป็นเพียงค่าประมาณเท่านั้นเนื่องจากเราปัดเศษเป็น 1 หรือ 2 ตัวเลขหลังเครื่องหมายจุลภาคเพื่อให้ง่ายขึ้นถ้าเราใช้เครื่องคิดเลขในการคำนวณโดยไม่ต้องปัดเศษค่าเบี่ยงเบนระหว่างสองวิธีนี้จะน้อยลงแม้แต่น้อย

คำเตือน

• สำหรับนักดำน้ำความรู้เกี่ยวกับความดันบางส่วนของก๊าซมีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากเกี่ยวข้องกับชีวิตของพวกเขา ความดันบางส่วนของออกซิเจนที่ต่ำเกินไปอาจทำให้หมดสติหรือเสียชีวิตได้ในขณะที่ความดันไนโตรเจนหรือออกซิเจนบางส่วนสูงเกินไปอาจทำให้เกิดพิษได้

สิ่งที่คุณต้องการ

• แล็ปท็อป
• หนังสืออ้างอิงมวลอะตอม / มวลโมลาร์