Keemias tähendab “osarõhk” rõhku, mida gaasisegus iga gaas avaldab ümbritsevale keskkonnale, näiteks proovikolbi, sukelduja õhupaaki või atmosfääri piirile. Saate arvutada iga gaasi rõhu. segus, kui teate, kui palju seda on, mis mahu see võtab ja selle temperatuuri. Seejärel saate need osarõhud kokku liita, et leida gaasisegu kogurõhk, või saate kõigepealt leida kogurõhu ja seejärel leidke osarõhud.
1
Käsitlege iga gaasi kui “ideaalset” gaasi. Ideaalne gaas on keemias selline, mis interakteerub teiste gaasidega, ilma et neid nende molekule tõmbaks. Üksikud molekulid võivad üksteisele vastu põrgata ja piljardipallidena tagasi põrgata, ilma et need mingil moel deformeeruks. .Ideaalsete gaaside rõhud suurenevad, kui need surutakse väiksematesse ruumidesse ja vähenevad, kui nad laienevad suurematele aladele. Seda seost nimetatakse Robert Boyle’i järgi Boyle’i seaduseks. See on kirjutatud matemaatiliselt järgmiselt: k = P x V või lihtsamalt k = PV, kus k on konstantne suhe, P rõhk ja V ruumala. Rõhku saab anda ühe mitmest võimalikust ühikust. Üks on paskal (Pa), mis on määratletud ühe njuutoni jõuna, mis rakendatakse ruutmeetrile. Teine on atmosfäär (atm), defineeritud kui Maa atmosfääri rõhk merepinnal. Rõhk 1 atm võrdub 101 325 Pa. Ideaalsete gaaside temperatuur tõuseb, kui nende maht suureneb ja väheneb, kui nende maht väheneb. suhet nimetatakse Jacques Charlesi järgi Karli seaduseks. See on kirjutatud matemaatiliselt järgmiselt: k = V / T, kus k tähistab ruumala ja temperatuuri konstantset seost, V tähistab jällegi mahtu ja T tähistab temperatuuri. Selles võrrandis on gaaside temperatuurid antud Kelvini kraadides, mis saadakse, lisades gaasi temperatuuri Celsiuse kraadide arvule 273. Need kaks seost saab ühendada üheks võrrandiks: k = PV / T, mis võib ka kirjutada kujul PV = kT.
2
Määrake gaaside kogused. Gaasidel on nii mass kui ka ruumala. Tavaliselt mõõdetakse mahtu liitrites (l), kuid massi on kahte tüüpi. Tavalist massi mõõdetakse grammides või, kui mass on piisavalt suur, siis kilogrammides. Kuna gaasid tavaliselt on kerged, mõõdetakse neid ka mõne muu massiga. massi vorm, mida nimetatakse molekulmassiks või molaarmassiks. Molaarmass on defineeritud kui iga aatomi aatommasside summa ühendis, millest gaas koosneb, kusjuures iga aatomit võrreldakse süsiniku molaarmassi standardväärtusega 12. Kuna aatomid ja molekulid on töötamiseks liiga väikesed, on kogused gaaside kogus on määratletud moolides. Antud gaasis olevate moolide arvu saab leida, jagades massi molaarmassiga ja seda saab esitada tähega n. Saame gaasivõrrandis suvalise k konstandi asendada moolide arvu n korrutisega. (mol) ja uus konstant R. Nüüd saab võrrandi kirjutada nR = PV/T või PV = nRT. R väärtus sõltub gaaside rõhkude, ruumalade ja temperatuuride mõõtmiseks kasutatavatest ühikutest. Mahu liitrites, temperatuuri Kelvini kraadides ja rõhul atmosfääris on selle väärtus 0,0821 L atm/K mol. Selle võib kirjutada ka 0,0821 L atm K-1 mol -1, et vältida jagamise kaldkriipsu kasutamist mõõtühikutega.
3
Saage aru Daltoni osarõhkude seadusest. Daltoni seadus, mille töötas välja keemik ja füüsik John Dalton, kes arendas esmakordselt välja aatomitest koosnevate keemiliste elementide kontseptsiooni, väidab, et gaasisegu kogurõhk on segus iga gaasi rõhkude summa. Daltoni seadus. saab kirjutada võrrandi kujul Ptotal = P1 + P2 + P3 … nii palju lisandeid pärast võrdusmärki, kui palju on gaase segus. Daltoni seaduse võrrandit saab laiendada, kui töötate gaasidega, mille üksikud osarõhud on teadmata, kuid mille mahud ja temperatuurid on meile teada. Gaasi osarõhk on sama rõhk, nagu oleks sama kogus seda gaasi ainuke gaas anumas. Iga osarõhu korral saame ideaalse gaasi võrrandi ümber kirjutada nii, et vormi PV = nRT asemel me saame võrdusmärgi vasakul küljel võib olla ainult P. Selleks jagame mõlemad pooled V-ga: PV/V = nRT/V. Kaks vasakpoolset V-d tühistavad, jättes P = nRT/V. Seejärel saame asendada iga alaindeksiga P osarõhkude võrrandi paremal küljel: Ptotal = (nRT/V) 1 + (nRT/V) 2 + (nRT/V) 3 …
4
Määratlege gaaside osarõhu võrrand, millega töötate. Selle arvutuse jaoks eeldame, et 2-liitrises kolvis on 3 gaasi: lämmastik (N2), hapnik (O2) ja süsinikdioksiid (CO2). Iga gaasi on 10 g ja iga gaasi temperatuur kolvis on 37 kraadi C (98,6 kraadi F). Peame leidma iga gaasi osarõhu ja gaasisegu mahutis avaldatava kogurõhu. Meie osarõhu võrrandiks on Ptotal = Plämmastik + Poksü + Psüsinikdioksiid. Kuna me püüame leida rõhku, mida iga gaas avaldab, kui me teame ruumala ja temperatuuri ning leiame, mitu mooli iga gaasi on massi põhjal, saame selle võrrandi ümber kirjutada järgmiselt: Ptotal =(nRT/V) lämmastik + (nRT/V) hapnik + (nRT/ V) süsinikdioksiid
5
Teisendage temperatuur Kelvini kraadidesse. Celsiuse temperatuur on 37 kraadi, seega lisame 273 kuni 37, et saada 310 kraadi K.
6
Leidke iga proovis sisalduva gaasi moolide arv. Gaasi moolide arv on selle gaasi mass jagatud selle molaarmassiga, mida me ütlesime, et see on ühendi iga aatomi aatommasside summa. Meie esimese gaasi, lämmastiku (N2) puhul on igal aatomil aatommass 14. Kuna lämmastik on kaheaatomiline (moodustab kaheaatomilised molekulid), peame korrutama 14 2-ga, et leida, et meie proovi lämmastiku molaarmass on 28. Seejärel jagame massi grammides, 10 g , 28 võrra, et saada moolide arv, mille ümardamisel lähima kümnendikuni läheme 0,4 mol lämmastikku. Meie teise gaasi, hapniku (O2) puhul on iga aatomi aatommass 16. Hapnik on samuti kaheaatomiline, seega korrutame 16 2-ga, et leida, et meie proovis sisalduva hapniku molaarmass on 32. 10 g jagamine 32-ga annab meie proovis ligikaudu 0,3 mooli hapnikku. Meie kolmandas gaasis, süsinikdioksiidis (CO2) on 3 aatomid: üks süsinikust, aatommassiga 12; ja kaks hapnikku, millest igaühe aatommass on 16. Liidame kolm kaalu: 12 + 16 + 16 = 44 molaarmassiks. Jagades 10 g 44-ga, saame ligikaudu 0,2 mol süsinikdioksiidi.
7
Sisestage moolide, mahu ja temperatuuri väärtused. Meie võrrand näeb nüüd välja selline: Psumma = (0,4 * R * 310/2) lämmastik + (0,3 * R * 310/2) hapnik + (0,2 * R * 310/2) süsinikdioksiid. Lihtsuse huvides oleme jätsid välja väärtustega kaasnevad mõõtühikud. Need ühikud tühistatakse pärast matemaatika tegemist, jättes alles ainult mõõtühiku, mida kasutame rõhkude teatamiseks.
8
Sisestage konstantse R väärtus. Esitame osa- ja kogurõhu atmosfäärides, seega kasutame R väärtust 0,0821 L atm/K mol. Selle väärtuse ühendamine võrrandisse annab nüüd Ptotal = (0,4 * 0,0821 * 310/2) lämmastik + (0,3 * 0,0821 * 310/2) hapnik + (0,2 * 0,0821 * 310/2) süsinikdioksiid.
9
Arvutage iga gaasi osarõhk. Nüüd, kui väärtused on paigas, on aeg arvutada. Lämmastiku osarõhu jaoks korrutame 0,4 mol konstandiga 0,0821 ja temperatuuriga 310 kraadi K, seejärel jagame 2 liitriga: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, ligikaudu. Hapniku osarõhu jaoks korrutame 0,3 mol konstandiga 0,0821 ja temperatuuriga 310 kraadi K, seejärel jagame 2 liitriga: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, ligikaudu.Süsinikdioksiidi osarõhu jaoks korrutame 0,2 mol konstandiga 0,0821 ja temperatuuriga 310 kraadi K, seejärel jagame 2 liitriga: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, ligikaudu. Nüüd lisame need rõhud kogurõhu leidmiseks: Ptotal = 5,09 + 3,82 + 2,54 või 11,45 atm, ligikaudu.
10
Määratlege osarõhu võrrand nagu varem. Jällegi eeldame, et 2-liitrine kolb sisaldab 3 gaasi: lämmastik (N2), hapnik (O2) ja süsinikdioksiid (CO2). Iga gaasi on 10 g ja iga gaasi temperatuur kolvis on 37 kraadi C (98,6 kraadi F). Kelvini temperatuur on endiselt 310 kraadi ja nagu varemgi, on meil ligikaudu 0,4 mol lämmastikku, 0,3 mol. hapnikku ja 0,2 mol süsinikdioksiidi. Samuti esitame endiselt rõhku atmosfäärides, seega kasutame R-konstandi jaoks väärtust 0,0821 L atm/K mol. Seega näeb meie osarõhkude võrrand endiselt välja sama siinkohal: Psumma = (0,4 * 0,0821 * 310/2) lämmastik + (0,3 * 0,0821 * 310/2) hapnik + (0,2 * 0,0821 * 310/2) süsinikdioksiid.
11
Lisage iga proovis oleva gaasi moolide arv, et leida moolide koguarv gaasisegus. Kuna gaasi iga proovi ruumala ja temperatuur on samad, rääkimata iga molaarväärtuse korrutamisest sama konstandiga, saame kasutada matemaatika jaotusomadust, et võrrand ümber kirjutada kujul Ptotal = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2. 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol gaasisegu lisamine. See lihtsustab veelgi võrrandit Ptotal = 0,9 * 0,0821 * 310/2.
12
Leidke gaasisegu kogurõhk. Korrutades 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, ligikaudu.
13
Leidke iga gaasi osakaal kogu segust. Selleks jagage iga gaasi moolide arv moolide koguarvuks. Lämmastikku on 0,4 mol, seega 0,4/0,9 = 0,44 (44 protsenti) proovist, ligikaudu. Lämmastikku on 0,3 mol, seega 0,3/0,9 = 0,33 (33 protsenti) proovist, ligikaudu.Süsinikdioksiidi on 0,2 mol, seega 0,2/0,9 = 0,22 (22 protsenti) proovist, ligikaudu.Kuigi ülaltoodud ligikaudsed protsendid annavad juurde vaid 0,99, tegelikud kümnendkohad korduvad, seega oleks tegelik summa korduv seeria 9 sekundit pärast koma. Definitsiooni järgi on see sama kui 1 ehk 100 protsenti.
14
Osarõhu leidmiseks korrutage iga gaasi proportsionaalne kogus kogurõhuga. Korrutades 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, ligikaudu. Korrutades 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, ligikaudu.Korrutades 0,22 * 121,55 = 121,52