เนื้อหา

• ขั้นตอน
• เคล็ดลับ
• คำเตือน
• วัสดุที่จำเป็น

ในทางเคมี "ความดันบางส่วน" หมายถึงความดันที่ก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมของก๊าซกระทำต่อสิ่งรอบข้างเช่นขวดตัวอย่างถังอากาศดำน้ำหรือขีด จำกัด ของบรรยากาศ คุณสามารถคำนวณความดันของก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมได้หากคุณทราบว่ามีปริมาณเท่าใดปริมาตรเท่าใดและมีอุณหภูมิเท่าใด จากนั้นคุณสามารถเพิ่มแรงกดดันบางส่วนเหล่านี้เพื่อหาความดันรวมของส่วนผสมของก๊าซหรือคุณสามารถหาค่าความดันรวมก่อนแล้วจึงหาแรงดันบางส่วน

ขั้นตอน

ส่วนที่ 1 ของ 3: การทำความเข้าใจคุณสมบัติของก๊าซ

1. 

   ถือว่าก๊าซแต่ละชนิดเป็นก๊าซ "อุดมคติ" ก๊าซในอุดมคติในทางเคมีคือก๊าซที่ทำปฏิกิริยากับก๊าซอื่น ๆ โดยไม่ถูกดึงดูดเข้าสู่โมเลกุลของมัน โมเลกุลแต่ละโมเลกุลสามารถตีกันและกระเด็นออกไปเหมือนลูกบิลเลียดโดยไม่ผิดรูป แต่อย่างใด
   • ความกดดันของก๊าซในอุดมคติจะเพิ่มขึ้นเมื่อถูกบีบอัดลงในช่องว่างขนาดเล็กและลดลงเมื่อขยายเข้าไปในพื้นที่ขนาดใหญ่ ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎของบอยล์หลังจากโรเบิร์ตบอยล์ มีการอธิบายทางคณิตศาสตร์ว่า k = P x V หรือพูดง่ายๆก็คือ k = PV โดยที่ k หมายถึงความสัมพันธ์คงที่ P หมายถึงความดันและ V แทนปริมาตร
   • ความกดดันสามารถกำหนดได้โดยใช้หน่วยใดหน่วยหนึ่งที่เป็นไปได้ หนึ่งคือ Pascal (Pa) ซึ่งหมายถึงแรงนิวตันที่กระทำในตารางเมตร อีกประการหนึ่งคือบรรยากาศ (atm) ซึ่งหมายถึงความกดดันของบรรยากาศโลกที่ระดับน้ำทะเล ความดัน 1 atm เท่ากับ 101,325 Pa
   • อุณหภูมิของก๊าซในอุดมคติจะเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณเพิ่มขึ้นและลดลง ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎของชาร์ลส์ตามหลัง Jacques Charles และอธิบายทางคณิตศาสตร์ว่า k = V / t โดยที่ k แสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและอุณหภูมิคงที่ V หมายถึงปริมาตรอีกครั้งและ T หมายถึงอุณหภูมิ
   • อุณหภูมิของก๊าซในสมการนี้กำหนดเป็นองศาเคลวินซึ่งพบได้จากการเพิ่ม 273 เป็นจำนวนองศาเซลเซียสของอุณหภูมิก๊าซ
   • ความสัมพันธ์ทั้งสองนี้สามารถรวมกันเป็นสมการเดียว: k = PV / T ซึ่งสามารถเขียนเป็น PV = kT ได้

2. 

   
   
   กำหนดปริมาณก๊าซที่วัดได้ ก๊าซมีมวลและปริมาตร โดยปกติปริมาตรจะวัดเป็นลิตร (l) แต่มีมวลสองประเภท
   • มวลทั่วไปจะวัดเป็นกรัมหรือถ้ามีมวลมากพอก็กิโลกรัม
   • เนื่องจากความเบาของก๊าซจึงวัดในมวลรูปแบบอื่นที่เรียกว่ามวลโมเลกุลหรือมวลโมลาร์ มวลโมลาร์หมายถึงผลรวมของน้ำหนักอะตอมของแต่ละอะตอมของสารประกอบที่สร้างก๊าซโดยแต่ละอะตอมเปรียบเทียบกับค่า 12 สำหรับคาร์บอน
   • เนื่องจากอะตอมและโมเลกุลมีขนาดเล็กเกินไปที่จะทำงานได้ปริมาณของก๊าซจึงถูกกำหนดเป็นโมล จำนวนโมลที่มีอยู่ในก๊าซหนึ่ง ๆ สามารถกำหนดได้โดยการหารมวลด้วยมวลโมลาร์และสามารถแทนด้วยตัวอักษร n
   • เราสามารถแทนที่ค่าคงที่โดยพลการ k ในสมการของแก๊สด้วยผลคูณของ n จำนวนโมล (โมล) และค่าคงที่ใหม่ R ขณะนี้สามารถเขียนสมการได้ nR = PV / T หรือ PV = nRT
   • ค่า R ขึ้นอยู่กับหน่วยที่ใช้ในการวัดความดันปริมาตรและอุณหภูมิของก๊าซ ในการระบุปริมาตรเป็นลิตรอุณหภูมิในหน่วยเคลวินและความดันในบรรยากาศค่าของมันคือ 0.0821 L.atm / K.mol นอกจากนี้ยังสามารถเขียน L 0.0821 atm K mol เพื่อหลีกเลี่ยงแถบแยกในหน่วยการวัด

3. 

   
   
   ทำความเข้าใจกฎแห่งแรงกดดันบางส่วนของดาลตัน พัฒนาโดยนักเคมีและนักฟิสิกส์จอห์นดาลตันซึ่งเป็นคนแรกที่พัฒนาแนวคิดเรื่ององค์ประกอบทางเคมีที่สร้างจากอะตอมกฎของดอลตันระบุว่าความดันรวมของส่วนผสมของก๊าซคือผลรวมของความกดดันของก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสม
   • กฎของดาลตันสามารถเขียนเป็นสมการเป็น P _รวม = ป₁ + ป₂ + ป₃... มีภาคผนวกหลังเครื่องหมายเท่ากับมากที่สุดเท่าที่มีก๊าซอยู่ในส่วนผสม
   • สมการกฎของดาลตันสามารถขยายได้เมื่อทำงานกับก๊าซที่ไม่ทราบแรงกดดันบางส่วนของแต่ละบุคคล แต่เราทราบปริมาตรและอุณหภูมิของมัน ความดันบางส่วนของก๊าซมีความดันเท่ากันถ้าก๊าซในปริมาณเท่ากันเป็นก๊าซชนิดเดียวในภาชนะ
   • สำหรับความกดดันบางส่วนเราสามารถเขียนสมการของก๊าซในอุดมคติใหม่เพื่อที่ในแทนที่จะเป็นสูตร PV = nRT เราจะมี P ได้เพียงทางด้านซ้ายของเครื่องหมายเท่ากับ ในการทำเช่นนี้เราหารทั้งสองข้างด้วย V: PV / V = ​​nRT / V ทั้งสอง Vs ทางด้านซ้ายจะยกเลิกซึ่งกันและกันโดยปล่อยให้ P = nRT / V
   • จากนั้นเราสามารถแทนที่แต่ละ P ที่สมัครไว้ทางด้านขวาของสมการความดันบางส่วน: P_รวม = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

ส่วนที่ 2 จาก 3: การคำนวณแรงกดดันบางส่วนและความกดดันทั้งหมด

1. 

   
   
   
   
   กำหนดสมการความดันบางส่วนสำหรับก๊าซที่คุณกำลังใช้งาน สำหรับวัตถุประสงค์ในการคำนวณนี้เราจะถือว่าบอลลูนขนาด 2 ลิตรบรรจุก๊าซสามตัว: ไนโตรเจน (N₂), ออกซิเจน (O₂) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂). ก๊าซแต่ละชนิดมี 10 กรัมและอุณหภูมิของก๊าซแต่ละชนิดในขวดคือ37ºเซลเซียส เราต้องหาความดันบางส่วนของก๊าซแต่ละชนิดและความดันรวมที่ส่วนผสมกระทำต่อภาชนะบรรจุ
   • สมการความดันบางส่วนของเรากลายเป็น P _รวม = ป _{ไนโตรเจน} + ป _{ออกซิเจน} + ป _{คาร์บอนไดออกไซด์} .
   • เนื่องจากเราพยายามค้นหาความดันที่ก๊าซแต่ละตัวออกแรงเราจึงทราบปริมาตรและอุณหภูมิและเราสามารถหาจำนวนโมลของก๊าซแต่ละตัวตามมวลเราจึงสามารถเขียนสมการนี้ใหม่เป็น: P_รวม = (nRT / V) _{ไนโตรเจน} + (nRT / V) _{ออกซิเจน} + (nRT / V) _{คาร์บอนไดออกไซด์}

2. 

   
   
   แปลงอุณหภูมิเป็นเคลวิน อุณหภูมิ37ºเซลเซียสเพิ่ม 273 ถึง 37 เพื่อให้ได้ 310 K

3. 

   ค้นหาจำนวนโมลของก๊าซแต่ละตัวในตัวอย่าง จำนวนโมลของก๊าซคือมวลของก๊าซที่หารด้วยมวลโมลาร์ซึ่งเรากล่าวว่าเป็นผลรวมของน้ำหนักอะตอมของแต่ละอะตอมในสารประกอบ
   • สำหรับก๊าซแรกไนโตรเจน (N₂) แต่ละอะตอมมีน้ำหนักอะตอมเท่ากับ 14 เนื่องจากไนโตรเจนเป็นไดอะตอมมิก (รูปแบบโมเลกุลของสองอะตอม) เราจึงต้องคูณ 14 ด้วย 2 จึงจะพบว่าไนโตรเจนในตัวอย่างของเรามีมวลโมลาร์เท่ากับ 28 จากนั้นจึงแบ่งมวล ในหน่วยกรัม 10 กรัมคูณ 28 เพื่อให้ได้จำนวนโมลซึ่งเราจะได้ไนโตรเจนประมาณ 0.4 โมล
   • สำหรับก๊าซที่สองออกซิเจน (O₂) แต่ละอะตอมมีน้ำหนักอะตอมเท่ากับ 16 ออกซิเจนก็เป็นไดอะตอมเช่นกันดังนั้นจงคูณ 16 ด้วย 2 จะพบว่าออกซิเจนในตัวอย่างมีมวลโมลาร์ 32 การหาร 10 ก. ด้วย 32 จะทำให้เรามีออกซิเจนประมาณ 0.3 โมลในตัวเรา ตัวอย่าง.
   • ก๊าซที่สามคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) มี 3 อะตอม: หนึ่งคาร์บอนน้ำหนักอะตอม 12; และออกซิเจนสองตัวแต่ละตัวมีน้ำหนักอะตอมเท่ากับ 16 เราเพิ่มน้ำหนักสามตัว: 12 + 16 + 16 = 44 สำหรับมวลโมลาร์ การหาร 10 ก. ด้วย 44 จะทำให้เรามีคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 0.2 โมล

4. 

   
   
   แทนที่ค่าด้วยโมลปริมาตรและอุณหภูมิ ตอนนี้สมการของเรามีลักษณะดังนี้: P_รวม = (0.4 * R * 310/2) _{ไนโตรเจน} + (0.3 * R * 310/2) _{ออกซิเจน} + (0.2 * R * 310/2) _{คาร์บอนไดออกไซด์}.
   • เพื่อความง่ายเราได้ละเว้นหน่วยการวัดที่มาพร้อมกับค่า หน่วยเหล่านี้จะถูกยกเลิกหลังจากที่เราทำคณิตศาสตร์แล้วเหลือเพียงหน่วยวัดที่เราใช้ในการรายงานแรงกดดัน

5. 

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

6. 

   คำนวณแรงดันบางส่วนสำหรับแต่ละก๊าซ ตอนนี้เรามีค่าเข้าที่แล้วก็ถึงเวลาคำนวณ
   • สำหรับความดันบางส่วนของไนโตรเจนเราคูณ 0.4 โมลด้วยค่าคงที่ 0.0821 และอุณหภูมิ 310 K ของเราแล้วหารด้วย 2 ลิตร: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5, 09 atm โดยประมาณ
   • สำหรับความดันออกซิเจนบางส่วนเราคูณ 0.3 โมลด้วยค่าคงที่ 0.0821 และอุณหภูมิ 310 K ของเราแล้วหารด้วย 2 ลิตร: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3, 82 atm โดยประมาณ
   • สำหรับความดันบางส่วนของคาร์บอนไดออกไซด์เราคูณ 0.2 โมลด้วยค่าคงที่ 0.0821 และอุณหภูมิ 310 K ของเราแล้วหารด้วย 2 ลิตร: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 atm โดยประมาณ
   • ตอนนี้เราเพิ่มแรงกดดันเหล่านี้เพื่อค้นหาความดันทั้งหมด: P_รวม = 5.09 + 3.82 + 2.54 หรือประมาณ 11.45 atm

ส่วนที่ 3 ของ 3: การคำนวณความดันรวมและความดันบางส่วน

1. 

   กำหนดสมการความดันบางส่วนเหมือนเดิม อีกครั้งเราคิดว่าขวดขนาด 2 ลิตรมี 3 ก๊าซ: ไนโตรเจน (N₂), ออกซิเจน (O₂) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂). ก๊าซแต่ละชนิดมีอยู่ 10 กรัมและอุณหภูมิของก๊าซแต่ละชนิดในขวดคือ 37 องศาเซลเซียส
   • อุณหภูมิในเคลวินจะยังคงเป็น 310 และเช่นเดิมเรามีไนโตรเจนประมาณ 0.4 โมลออกซิเจน 0.3 โมลและคาร์บอนไดออกไซด์ 0.2 โมล
   • ในทำนองเดียวกันเราจะยังคงพบความกดดันในบรรยากาศดังนั้นเราจะใช้ค่า 0.0821 atm L / K.mol สำหรับค่าคงที่ R
   • ดังนั้นสมการความดันบางส่วนของเรายังคงเหมือนเดิม ณ จุดนี้: P_รวม =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{ไนโตรเจน} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{ออกซิเจน} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{คาร์บอนไดออกไซด์}.

2. 

   เพิ่มจำนวนโมลของก๊าซแต่ละตัวในตัวอย่างเพื่อหาจำนวนโมลทั้งหมดของส่วนผสมของก๊าซ เนื่องจากปริมาตรและอุณหภูมิเหมือนกันสำหรับแต่ละตัวอย่างในก๊าซจึงไม่ต้องพูดถึงว่าค่าโมลาร์แต่ละค่าจะถูกคูณด้วยค่าคงที่เท่ากันเราจึงสามารถใช้คุณสมบัติการกระจายของคณิตศาสตร์เพื่อเขียนสมการใหม่เป็น P_รวม = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • การเพิ่ม 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 โมลของส่วนผสมของก๊าซ สิ่งนี้จะทำให้สมการของ P ง่ายขึ้น _รวม = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   คำนวณความดันรวมของส่วนผสมของก๊าซ การคูณ 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 โมลโดยประมาณ

4. 

   หาสัดส่วนของก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมทั้งหมด ในการทำเช่นนี้ให้หารจำนวนโมลสำหรับแต่ละก๊าซด้วยจำนวนโมลทั้งหมด
   • มีไนโตรเจน 0.4 โมลดังนั้น 0.4 / 0.9 = 0.44 (44%) ของตัวอย่างโดยประมาณ
   • มีไนโตรเจน 0.3 โมลดังนั้น 0.3 / 0.9 = 0.33 (33%) ของตัวอย่างโดยประมาณ
   • มีคาร์บอนไดออกไซด์ 0.2 โมลดังนั้น 0.2 / 0.9 = 0.22 (22%) ของตัวอย่างประมาณ
   • แม้ว่าเปอร์เซ็นต์โดยประมาณข้างต้นจะรวมกันได้เพียง 0.99 แต่ทศนิยมที่แท้จริงจะเกิดซ้ำดังนั้นผลรวมที่แท้จริงจึงเป็นชุดของการทำซ้ำของเก้าหลังจุดทศนิยม ตามความหมายนี่เหมือนกับ 1 หรือ 100%

5. 

   คูณค่าสัดส่วนของแต่ละก๊าซด้วยความดันทั้งหมดเพื่อหาความดันบางส่วน
   • การคูณ 0.44 * 11.45 = 5.04 atm โดยประมาณ
   • การคูณ 0.33 * 11.45 = 3.78 atm โดยประมาณ
   • การคูณ 0.22 * 11.45 = 2.52 atm โดยประมาณ

เคล็ดลับ

• คุณจะสังเกตเห็นความแตกต่างเล็กน้อยของค่าโดยการหาค่าความดันบางส่วนก่อนจากนั้นจึงหาค่าความดันทั้งหมดและค้นหาความดันรวมก่อนแล้วจึงค่อยหาค่าความดันบางส่วน โปรดจำไว้ว่าค่าที่ระบุถูกนำเสนอเป็นค่าโดยประมาณเนื่องจากการปัดเศษเป็นทศนิยมหนึ่งหรือสองตำแหน่งเพื่อให้เข้าใจค่าได้ง่ายขึ้น หากคุณทำการคำนวณด้วยเครื่องคิดเลขโดยไม่ต้องปัดเศษคุณจะสังเกตเห็นความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยระหว่างสองวิธีหากมี

คำเตือน

• ความรู้เกี่ยวกับแรงดันก๊าซบางส่วนอาจกลายเป็นเรื่องของชีวิตและความตายสำหรับนักดำน้ำ ความดันออกซิเจนบางส่วนที่ต่ำเกินไปอาจทำให้หมดสติและเสียชีวิตได้ในขณะที่ความดันไฮโดรเจนหรือออกซิเจนบางส่วนที่สูงมากก็อาจเป็นพิษได้เช่นกัน

วัสดุที่จำเป็น

• เครื่องคิดเลข;
• หนังสืออ้างอิงน้ำหนักอะตอม / มวลโมลาร์.