Come Calcolare la Pressione Parziale: 14 Passaggi (con Immagini)

2024 Autore: Jason Gerald | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-19 22:13

La "pressione parziale" in chimica è la pressione che ogni gas in una miscela di gas esercita sull'ambiente circostante, come un pallone volumetrico, una bombola d'aria da immersione o un confine atmosferico. Puoi calcolare la pressione di ciascun gas in una miscela se conosci la quantità di gas, il volume che occupa e la temperatura. Le pressioni parziali possono essere sommate per calcolare la pressione totale della miscela di gas. D'altra parte, la pressione totale può essere calcolata in anticipo per calcolare la pressione parziale.

Fare un passo

Parte 1 di 3: Comprensione delle proprietà dei gas

Passaggio 1. Trattare ciascun gas come un gas "ideale"

In chimica, un gas ideale è un gas che interagisce con altri gas senza essere attratto dalle sue molecole. Le molecole solitarie possono urtare e rimbalzare come palle da biliardo senza deformarsi.

• La pressione di un gas ideale aumenta quando viene compresso in uno spazio più piccolo e diminuisce quando si espande in uno spazio più grande. Questa relazione è chiamata Legge di Boyle creata da Robert Boyle. Matematicamente, la formula è k = P x V, o semplificata in k = PV, k è una costante, P è la pressione, mentre V è il volume.
• Ci sono diverse unità possibili per la pressione. Uno di questi è Pascal (Pa). Questa unità è definita come la forza di un newton applicata a una superficie di un metro quadrato. Un'altra unità è l'atmosfera (atm). L'atmosfera è la pressione dell'atmosfera terrestre al livello del mare. Una pressione di 1 atm equivale a 101.325 Pa.
• La temperatura di un gas ideale aumenta con l'aumento del volume e diminuisce con la diminuzione del volume. Questa relazione si chiama Legge di Charles creata dallo scienziato Jacques Charles. La formula matematica è k = V / T, dove k è il volume e la costante di temperatura, V è il volume e T è la temperatura.
• La temperatura del gas in questa equazione è data in gradi Kelvin, che si ottiene sommando il numero 273 al valore in gradi in Celsius.
• Le due formule precedenti possono essere combinate con un'equazione: k = PV / T, che può anche essere scritta come PV = kT.

Passaggio 2. Determinare la quantità di gas da misurare

I gas hanno massa e volume. Il volume viene solitamente misurato in litri (l), ma esistono due tipi di massa.

• La massa convenzionale è misurata in grammi, ma in quantità maggiori l'unità è chilogrammi.
• Poiché i gas sono molto leggeri, le unità utilizzate sono massa molecolare o massa molare. La massa molare è la somma delle masse atomiche totali di ciascun atomo nel composto che costituisce il gas, ogni atomo rispetto al numero 12 per il carbonio.
• Poiché gli atomi e le molecole sono troppo piccoli per essere contati, la quantità di gas è specificata in moli. Il numero di moli presenti in un dato gas si ottiene dividendo la massa per la massa molare e indicato con la lettera n.
• La costante K nell'equazione del gas può essere sostituita dal prodotto di n, il numero di moli (moli) e la nuova costante R. Ora la formula è nR = PV/T o PV = nRT.
• Il valore di R dipende dalle unità utilizzate per misurare la pressione, il volume e la temperatura del gas. Per volume in litri, temperatura in Kelvin e pressione in atmosfere, il valore è 0,0821 L atm/K mol. Questo valore può essere scritto come 0,0821 L atm K^-1 Talpa ^-1 per evitare di utilizzare le barre per rappresentare le divisioni in unità di misura.

Passaggio 3. Comprendere la legge della pressione parziale di Dalton

Questa legge è stata sviluppata dal chimico e fisico John Dalton, che per primo ha sviluppato il concetto che gli elementi chimici sono fatti di atomi. La legge di Dalton afferma che la pressione totale di una miscela di gas è la somma delle pressioni dei singoli gas nella miscela.

• La legge di Dalton può essere scritta nella forma della seguente formula P_totale = P₁ + P₂ + P₃ … la quantità di P a destra del segno è uguale alla quantità di gas nella miscela.
• La formula della legge di Dalton può essere estesa quando si tratta di vari gas in cui la pressione parziale di ciascun gas è sconosciuta, ma il cui volume e temperatura sono noti. La pressione parziale di un gas è uguale alla pressione che presuppone che il gas in quella quantità sia l'unico gas nel contenitore.
• Per ogni pressione parziale può essere utilizzata la formula del gas ideale. Invece di usare PV = nRT, può essere usato solo P a sinistra. Per questo, entrambi i lati sono divisi per V: PV/V = nRT/V. Le due V a destra si annullano, lasciando P = nRT/V.
• Possiamo usarlo per sostituire ogni P a destra che rappresenta un particolare gas nella formula della pressione parziale: P_totale =(nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

Parte 2 di 3: Calcolo della pressione parziale, quindi della pressione totale

Passaggio 1. Determinare l'equazione della pressione parziale per ciascun gas che si sta calcolando

Per questo calcolo si assume che un pallone da 2 litri contenga 3 gas: azoto (N₂), ossigeno (O₂) e anidride carbonica (CO₂). Ogni gas ha una massa di 10 g e una temperatura di 37 gradi Celsius. Calcoleremo la pressione parziale di ciascun gas e la pressione totale della miscela di gas nel pallone chimico.

• La formula della pressione parziale è P_totale = P_azoto + P_ossigeno + P_{diossido di carbonio}.
• Poiché stiamo cercando la pressione per ogni gas con volume e temperatura noti, il numero di moli di ciascun gas può essere calcolato in base alla sua massa. La formula può essere modificata in: P_totale =(nRT/V) _azoto + (nRT/V) _ossigeno + (nRT/V) _{diossido di carbonio}

Passaggio 2. Converti la temperatura in gradi Kelvin

La temperatura in gradi Celsius è 37 gradi, quindi aggiungi 273 a 37 per ottenere 310 gradi K.

Passaggio 3. Trovare il numero di moli di ciascun gas presente nel campione

Il numero di moli di un gas è la massa del gas divisa per la sua massa molare, che è la somma delle masse atomiche di ciascun atomo nella miscela.

• Per gas azoto (N₂), ogni atomo ha una massa atomica di 14. Poiché l'azoto è biatomico (una molecola a due atomi), il valore di 14 deve essere moltiplicato per 2 per ottenere una massa molare di 28 per l'azoto in questo campione. Quindi la massa in grammi, 10 g, viene divisa per 28, per ottenere il numero di moli, quindi il risultato è circa 0,4 moli di azoto.
• Per il gas successivo, ossigeno (O₂), ogni atomo ha una massa atomica di 16. Anche l'ossigeno è biatomico, quindi 16 per 2 dà la massa molare dell'ossigeno nel campione 32. 10 grammi divisi per 32 danno circa 0,3 moli di ossigeno.
• Il prossimo è l'anidride carbonica (CO₂), che ha 3 atomi, ovvero un atomo di carbonio con massa atomica 12 e due atomi di ossigeno con massa atomica 16. Queste tre masse atomiche vengono sommate per ottenere la massa molare: 12 + 16 + 16 = 44. I successivi 10 grammi vengono divisi per 44, quindi il risultato è circa 0,2 moli di anidride carbonica.

Passaggio 4. Immettere i valori in moli, il volume e la temperatura

I numeri sono stati inseriti nella formula: P_totale =(0, 4 * R * 310/2) _azoto + (0, 3 *R * 310/2) _ossigeno + (0, 2 * R *310/2) _{diossido di carbonio}.

Per semplicità, le unità non sono scritte. Queste unità verranno cancellate nei calcoli matematici, lasciando solo le unità di pressione

Passaggio 5. Immettere il valore della costante R

Le pressioni totali e parziali saranno espresse in unità atmosferiche, quindi il valore R utilizzato è 0,0821 L atm/K mol. Questo valore viene quindi inserito nell'equazione in modo che la formula sia 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}.

Passaggio 6. Calcolare le pressioni parziali per ciascun gas

Ora che tutti i valori richiesti sono disponibili, è il momento di fare i conti.

• Per la pressione parziale dell'azoto, si moltiplicano 0,4 moli per una costante di 0,0821 e una temperatura di 310 gradi K, quindi si dividono per 2 litri: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, circa.
• Per la pressione parziale dell'ossigeno, si moltiplicano 0,3 moli per una costante di 0,0821 e una temperatura di 310 gradi K, quindi si dividono per 2 litri: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, circa.
• Per la pressione parziale dell'anidride carbonica, si moltiplicano 0,2 moli per una costante di 0,0821 e una temperatura di 310 gradi K, quindi si dividono per 2 litri: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, circa.
• Le tre pressioni parziali vengono poi sommate per ottenere la pressione totale: P_totale = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 o 11,45 atm, più o meno.

Parte 3 di 3: calcolo della pressione totale, quindi parziale

Passaggio 1. Determinare la formula della pressione parziale come prima

Di nuovo, supponiamo che un pallone da 2 litri contenga 3 diversi gas: azoto (N₂), ossigeno (O₂) e anidride carbonica (CO₂). La massa di ciascun gas è di 10 grammi e la temperatura di ciascuno è di 37 gradi C.

• La temperatura in Kelvin è sempre la stessa di 310 gradi e il numero di moli è di circa 0,4 moli di azoto, 0,3 moli di ossigeno e 0,2 moli di anidride carbonica.
• L'unità di pressione utilizzata è anche l'atmosfera, quindi il valore della costante R è 0,0821 L atm/K mol.
• Quindi l'equazione della pressione parziale è 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}.

Passaggio 2. Aggiungere il numero di moli di ciascun gas nel campione per ottenere il numero totale di moli della miscela di gas

Poiché il volume e la temperatura sono gli stessi per ogni campione di gas, e ogni valore molare è anche moltiplicato per la stessa costante, possiamo usare la proprietà distributiva della matematica per riscrivere l'equazione come segue:_totale = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Fai le somme: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 moli di miscela di gas. L'equazione sarà più semplice, cioè P_totale = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Passaggio 3. Calcolare la pressione totale della miscela di gas

Fai la moltiplicazione: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 moli, più o meno.

Passaggio 4. Calcolare la proporzione di ciascun gas che compone la miscela

Per calcolare la proporzione di ciascun gas nella miscela, dividere il numero di moli di ciascun gas per il numero totale di moli.

• Ci sono 0,4 moli di azoto, quindi 0,4/0,9 = 0,44 (44%) campione, più o meno.
• Ci sono 0,3 moli di azoto, quindi 0,3/0,9 = 0,33 (33%) del campione, più o meno.
• Ci sono 0,2 moli di anidride carbonica, quindi 0,2/0,9 = 0,22 (22 percento) del campione, più o meno.
• Sebbene il calcolo della percentuale stimata sopra restituisca 0,99, il valore decimale effettivo si ripete. Ciò significa che dopo la virgola il numero è 9 che si ripete. Per definizione questo valore è uguale a 1, o 100 percento.

Passaggio 5. Moltiplicare la proporzione della quantità di ciascun gas per la pressione totale per calcolare la pressione parziale

• Moltiplica 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, più o meno.
• Moltiplica 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, più o meno.
• Moltiplica 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, più o meno.

Suggerimenti

C'è una leggera differenza di valore tra il calcolo prima della pressione parziale e poi della pressione totale e il calcolo prima della pressione totale e poi della pressione parziale. Si noti che i valori sopra riportati sono espressi come valori approssimativi a causa dell'arrotondamento a 1 o 2 cifre decimali per una più facile comprensione. Se i calcoli fossero eseguiti da soli con una calcolatrice e senza arrotondamenti, ci sarebbe meno differenza tra i due metodi o nessuna differenza