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• Suggerimenti
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• Materiali necessari

In chimica, "pressione parziale" si riferisce alla pressione che ciascun gas in una miscela di gas esercita contro l'ambiente circostante, come una bottiglia di campionamento, una bombola di aria per immersioni o i limiti di un'atmosfera. Puoi calcolare la pressione di ogni gas in una miscela se sai quanto ce n'è, quale volume occupa e la sua temperatura. È quindi possibile aggiungere queste pressioni parziali per trovare la pressione totale della miscela di gas, oppure è possibile trovare prima la pressione totale e poi trovare le pressioni parziali.

Passi

Parte 1 di 3: Comprensione delle proprietà dei gas

1. 

   Tratta ogni gas come un gas "ideale". Un gas ideale, in chimica, è quello che interagisce con altri gas, senza essere attratto dalle sue molecole. Le singole molecole possono colpirsi a vicenda e rimbalzare come palle da biliardo senza deformarsi in alcun modo.
   • Le pressioni del gas ideale aumentano quando vengono compresse in spazi più piccoli e diminuiscono quando si espandono in aree più grandi. Questa relazione si chiama Legge di Boyle, dal nome di Robert Boyle. È descritto matematicamente come k = P x V o, più semplicemente, k = PV, dove k rappresenta la relazione costante, P rappresenta la pressione e V rappresenta il volume.
   • Le pressioni possono essere determinate utilizzando una delle diverse unità possibili. Uno è Pascal (Pa), definito come una forza di Newton applicata su un metro quadrato. Un altro è l'atmosfera (atm), definita come la pressione dell'atmosfera terrestre a livello del mare. Una pressione di 1 atm è pari a 101.325 Pa.
   • Le temperature del gas ideale aumentano con l'aumento e la diminuzione dei volumi. Questa relazione è chiamata legge di Charles dopo Jacques Charles ed è descritta matematicamente come k = V / t, dove k rappresenta la relazione tra volume costante e temperatura, V rappresenta il volume, ancora, e T rappresenta la temperatura.
   • Le temperature del gas in questa equazione sono espresse in gradi Kelvin, che si trovano aggiungendo 273 al numero di gradi Celsius della temperatura del gas.
   • Queste due relazioni possono essere combinate in un'unica equazione: k = PV / T, che può anche essere scritta come PV = kT.

2. 

   
   
   Definisci in quali quantità vengono misurati i gas. I gas hanno massa e volume. Il volume viene solitamente misurato in litri (l), ma ci sono due tipi di massa.
   • La massa convenzionale viene misurata in grammi o, se la massa è sufficientemente grande, in chilogrammi.
   • A causa della leggerezza dei gas, vengono misurati anche in un'altra forma di massa chiamata massa molecolare o massa molare. La massa molare è definita come la somma dei pesi atomici di ciascun atomo del composto di cui è composto il gas, con ciascun atomo confrontato con il valore di 12 per il carbonio.
   • Poiché gli atomi e le molecole sono troppo piccoli per lavorare, le quantità di gas sono definite in moli. Il numero di moli presenti in un dato gas può essere determinato dividendo la massa per la massa molare e può essere rappresentato dalla lettera n.
   • Possiamo sostituire la costante arbitraria k nell'equazione dei gas con il prodotto di n, il numero di moli (mol) e una nuova costante R. L'equazione può ora essere scritta nR = PV / T o PV = nRT.
   • Il valore R dipende dalle unità utilizzate per misurare le pressioni, i volumi e le temperature dei gas. Per identificare il volume in litri, la temperatura in Kelvin e la pressione in atmosfera, il suo valore è 0,0821 L.atm / K.mol. Questo può anche essere scritto L 0,0821 atm K mol per evitare la barra di divisione nelle unità di misura.

3. 

   
   
   Comprendere la legge di Dalton delle pressioni parziali. Sviluppata dal chimico e fisico John Dalton, che per primo ha avanzato il concetto di elementi chimici costituiti da atomi, la legge di Dalton afferma che la pressione totale di una miscela di gas è la somma delle pressioni di ciascuno dei gas nella miscela.
   • La legge di Dalton può essere scritta come un'equazione come P _totale = P₁ + P₂ + P₃... con tante aggiunte dopo il segno di uguale quanti sono i gas nella miscela.
   • L'equazione della legge di Dalton può essere ampliata quando si lavora con gas le cui pressioni parziali individuali sono sconosciute, ma di cui conosciamo i volumi e le temperature. Una pressione parziale di un gas è la stessa pressione se la stessa quantità di gas era l'unico gas nel contenitore.
   • Per ciascuna delle pressioni parziali, possiamo riscrivere l'equazione dei gas ideali in modo che, al posto della formula PV = nRT, possiamo avere solo P a sinistra del segno di uguale. Per fare ciò, dividiamo entrambi i lati per V: PV / V = ​​nRT / V. Le due V sul lato sinistro si annullano a vicenda, lasciando P = nRT / V.
   • Possiamo quindi sostituire ogni P sottoscritta sul lato destro dell'equazione della pressione parziale: P_totale = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Parte 2 di 3: calcolo delle pressioni parziali e quindi delle pressioni totali

1. 

   
   
   
   
   Definisci l'equazione della pressione parziale per i gas con cui stai lavorando. Ai fini di questo calcolo, assumeremo un pallone da 2 litri contenente tre gas: azoto (N₂), ossigeno (O₂) e anidride carbonica (CO₂). Ci sono 10 g di ciascuno dei gas e la temperatura di ciascuno di essi nel pallone è di 37 ° C. Dobbiamo trovare la pressione parziale di ogni gas e la pressione totale che la miscela esercita sul contenitore.
   • La nostra equazione della pressione parziale diventa P _totale = P _azoto + P _ossigeno + P _{diossido di carbonio} .
   • Poiché stiamo cercando di trovare la pressione che ogni gas esercita, conosciamo il volume e la temperatura e possiamo trovare quante moli di ogni gas sono presenti in base alla massa, possiamo riscrivere questa equazione come: P_totale = (nRT / V) _azoto + (nRT / V) _ossigeno + (nRT / V) _{diossido di carbonio}

2. 

   
   
   Converti la temperatura in Kelvin. La temperatura è di 37 ° Celsius, quindi aggiungi 273 a 37 per ottenere 310 K.

3. 

   Trova il numero di moli per ciascuno dei gas nel campione. Il numero di moli di un gas è la massa del gas che viene divisa per la sua massa molare, che abbiamo detto è la somma dei pesi atomici di ciascun atomo nel composto.
   • Per il primo gas, l'azoto (N₂), ogni atomo ha un peso atomico di 14. Poiché l'azoto è biatomico (forma molecolare di due atomi), dobbiamo moltiplicare 14 per 2 per scoprire che l'azoto nel nostro campione ha una massa molare di 28. Quindi, dividere la massa in grammi, 10 g, per 28, per ottenere il numero di moli, che approssimeremo a 0,4 moli di azoto.
   • Per il secondo gas, l'ossigeno (O₂), ogni atomo ha un peso atomico di 16. Anche l'ossigeno è biatomico, quindi moltiplica 16 per 2 per scoprire che l'ossigeno nel nostro campione ha una massa molare di 32. Dividendo 10 g per 32 otteniamo circa 0,3 moli di ossigeno nel nostro campione.
   • Il terzo gas, l'anidride carbonica (CO₂), ha 3 atomi: un carbonio, con un peso atomico di 12; e due ossigeno, ciascuno con un peso atomico di 16. Aggiungiamo i tre pesi: 12 + 16 + 16 = 44 per la massa molare. Dividendo 10 g per 44 si ottengono circa 0,2 moli di anidride carbonica.

4. 

   
   
   Sostituisci i valori con moli, volume e temperatura. La nostra equazione ora assomiglia a questa: P_totale = (0,4 * R * 310/2) _azoto + (0,3 * R * 310/2) _ossigeno + (0.2 * R * 310/2) _{diossido di carbonio}.
   • Per semplicità abbiamo tralasciato le unità di misura che accompagnano i valori. Queste unità verranno annullate dopo che avremo fatto i conti, lasciando solo l'unità di misura che stiamo utilizzando per segnalare le pressioni.

5. 

   Sostituisci il valore con la costante R. Troveremo le pressioni parziali e totali nelle atmosfere, quindi useremo il valore R di 0,0821 atm L / K.mol. Sostituendo il valore nell'equazione ora si ottiene P_totale =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _azoto + (0,3 *0,0821 * 310/2) _ossigeno + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{diossido di carbonio} .

6. 

   Calcola le pressioni parziali per ogni gas. Ora che abbiamo i valori a posto, è il momento di fare i conti.
   • Per la pressione parziale dell'azoto, moltiplichiamo 0,4 mol per la nostra costante 0,0821 e la nostra temperatura di 310 K, quindi dividiamo per 2 litri: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5, 09 atm, circa.
   • Per la pressione parziale dell'ossigeno, moltiplichiamo 0,3 mol per la nostra costante 0,0821 e la nostra temperatura di 310 K e poi dividiamo per 2 litri: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3, 82 atm, circa.
   • Per la pressione parziale dell'anidride carbonica, moltiplichiamo 0,2 mol per la nostra costante 0,0821 e la nostra temperatura di 310 K, quindi dividiamo per 2 litri: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, circa.
   • Aggiungiamo ora queste pressioni per trovare la pressione totale: P_totale = 5,09 + 3,82 + 2,54, o circa 11,45 atm.

Parte 3 di 3: calcolo della pressione totale e quindi delle pressioni parziali

1. 

   Definisci l'equazione della pressione parziale come prima. Ancora una volta, assumiamo che un pallone da 2 litri contenga 3 gas: azoto (N₂), ossigeno (O₂) e anidride carbonica (CO₂). Ci sono 10 g di ciascuno dei gas e la temperatura di ciascuno dei gas nel pallone è di 37 gradi Celsius.
   • La temperatura in Kelvin sarà ancora 310 e, come prima, abbiamo circa 0,4 moli di azoto, 0,3 moli di ossigeno e 0,2 moli di anidride carbonica.
   • Allo stesso modo, troveremo ancora le pressioni nelle atmosfere, quindi useremo il valore di 0,0821 atm L / K.mol per la costante R.
   • Quindi, la nostra equazione della pressione parziale sembra ancora la stessa a questo punto: P_totale =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _azoto + (0,3 *0,0821 * 310/2) _ossigeno + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{diossido di carbonio}.

2. 

   Aggiungere il numero di moli di ciascuno dei gas nel campione per trovare il numero totale di moli della miscela di gas. Poiché il volume e la temperatura sono gli stessi per ogni campione nel gas, senza contare che ogni valore molare viene moltiplicato per la stessa costante, possiamo usare la proprietà distributiva della matematica per riscrivere l'equazione come P_totale = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Aggiungendo 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 moli della miscela di gas. Questo semplifica ulteriormente l'equazione per P _totale = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Calcola la pressione totale della miscela di gas. Moltiplicando 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol, approssimativamente.

4. 

   Trova la proporzione di ciascun gas nella miscela totale. Per fare ciò, dividi il numero di moli per ciascuno dei gas per il numero totale di moli.
   • Ci sono 0,4 moli di azoto, quindi 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) del campione, approssimativamente.
   • Ci sono 0,3 moli di azoto, quindi 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) del campione, approssimativamente.
   • Ci sono 0,2 moli di anidride carbonica, quindi 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) del campione, approssimativamente.
   • Sebbene le percentuali approssimative di cui sopra aggiungano solo 0,99, i decimali effettivi si ripetono, quindi la somma effettiva è una serie di ripetizioni di nove dopo il decimale. Per definizione, è uguale a 1 o 100%.

5. 

   Moltiplicare il valore proporzionale di ciascun gas per la pressione totale per trovare la pressione parziale.
   • Moltiplicando 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, approssimativamente.
   • Moltiplicando 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, approssimativamente.
   • Moltiplicando 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, circa.

Suggerimenti

• Noterai una piccola differenza nei valori trovando prima le pressioni parziali, poi la pressione totale e trovando prima la pressione totale e poi le pressioni parziali. Ricorda che i valori forniti sono stati presentati come valori approssimativi, a causa dell'arrotondamento a una o due cifre decimali per rendere i valori più facili da capire. Se esegui i calcoli con una calcolatrice, senza arrotondare, noterai una discrepanza minore, se presente, tra i due metodi.

Avvertenze

• La conoscenza delle pressioni parziali del gas può diventare una questione di vita o di morte per i subacquei. Una pressione parziale di ossigeno troppo bassa può portare alla perdita di coscienza e alla morte, mentre anche una pressione parziale molto alta di idrogeno o ossigeno può essere tossica.

Materiali necessari

• Calcolatrice;
• Libro di consultazione dei pesi atomici / masse molari.