المحتوى

• خطوات
• نصائح
• تحذيرات
• المواد اللازمة

في الكيمياء ، يشير مصطلح "الضغط الجزئي" إلى الضغط الذي يمارسه كل غاز في خليط غازي على ما يحيط به ، مثل زجاجة عينة أو خزان لهواء الغوص أو حدود الغلاف الجوي. يمكنك حساب ضغط كل غاز في الخليط إذا كنت تعرف مقداره وحجمه ودرجة حرارته. يمكنك بعد ذلك إضافة هذه الضغوط الجزئية لإيجاد الضغط الكلي لخليط الغاز ، أو يمكنك إيجاد الضغط الكلي أولاً ثم إيجاد الضغوط الجزئية.

خطوات

جزء 1 من 3: فهم خصائص الغازات

1. 

   تعامل مع كل غاز على أنه غاز "مثالي". الغاز المثالي في الكيمياء هو الغاز الذي يتفاعل مع الغازات الأخرى دون أن ينجذب إلى جزيئاته. يمكن للجزيئات الفردية أن تضرب بعضها البعض وترتد مثل كرات البلياردو دون أن تتشوه بأي شكل من الأشكال.
   • تزداد ضغوط الغاز المثالية عندما يتم ضغطها في مساحات أصغر وتنخفض مع توسعها في مناطق أكبر. هذه العلاقة تسمى قانون بويل على اسم روبرت بويل. يتم وصفه رياضيًا كـ k = P x V أو ، بشكل أكثر بساطة ، k = PV ، حيث يمثل k العلاقة الثابتة ، ويمثل P الضغط ويمثل V الحجم.
   • يمكن تحديد الضغوط باستخدام واحدة من عدة وحدات ممكنة. الأول هو باسكال (Pa) ، ويُعرّف بأنه قوة نيوتن المؤثرة على متر مربع. آخر هو الغلاف الجوي (atm) ، والذي يُعرّف بأنه ضغط الغلاف الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر. ضغط 1 atm يساوي 101.325 باسكال.
   • تزداد درجات حرارة الغاز المثالية مع زيادة الأحجام وانخفاضها. تسمى هذه العلاقة قانون تشارلز على اسم جاك تشارلز ويتم وصفها رياضيًا على أنها k = V / t ، حيث يمثل k العلاقة بين الحجم الثابت ودرجة الحرارة ، ويمثل V الحجم ، مرة أخرى ، ويمثل T درجة الحرارة.
   • درجات حرارة الغاز في هذه المعادلة معطاة بالدرجات الكلفينية ، والتي يمكن إيجادها بإضافة 273 درجة مئوية لدرجة حرارة الغاز.
   • يمكن دمج هاتين العلاقتين في معادلة واحدة: k = PV / T ، والتي يمكن كتابتها أيضًا كـ PV = kT.

2. 

   
   
   حدد الكميات التي يتم قياس الغازات. الغازات لها كتلة وحجم. يُقاس الحجم عادةً باللتر (لتر) ، ولكن هناك نوعان من الكتلة.
   • تقاس الكتلة التقليدية بالجرام أو بالكيلوجرام إذا كانت هناك كتلة كبيرة بما فيه الكفاية.
   • بسبب خفة الغازات ، يتم قياسها أيضًا في شكل آخر من الكتلة يسمى الكتلة الجزيئية أو الكتلة المولية. يتم تعريف الكتلة المولية على أنها مجموع الأوزان الذرية لكل ذرة من المركب الذي يتكون منه الغاز ، مع مقارنة كل ذرة بقيمة 12 للكربون.
   • نظرًا لأن الذرات والجزيئات صغيرة جدًا للعمل معها ، يتم تحديد كميات الغازات في الشامات. يمكن تحديد عدد المولات الموجودة في غاز معين بقسمة الكتلة على الكتلة المولية ويمكن تمثيلها بالحرف n.
   • يمكننا استبدال الثابت التعسفي k في معادلة الغاز بحاصل ضرب n ، وعدد المولات (mol) ، وثابت جديد R. يمكن الآن كتابة المعادلة nR = PV / T أو PV = nRT.
   • تعتمد قيمة R على الوحدات المستخدمة لقياس ضغوط وأحجام ودرجات حرارة الغازات. لتحديد الحجم باللتر ودرجة الحرارة بالكلفن والضغط في الغلاف الجوي ، تبلغ قيمته 0.0821 لترًا / كمول. يمكن أيضًا كتابة L 0.0821 atm K mol لتجنب تقسيم العمود في وحدات القياس.

3. 

   
   
   افهم قانون دالتون للضغوط الجزئية. تم تطويره بواسطة الكيميائي والفيزيائي جون دالتون ، الذي طور لأول مرة مفهوم العناصر الكيميائية المكونة من الذرات ، ينص قانون دالتون على أن الضغط الكلي لخليط الغاز هو مجموع ضغوط كل غاز من الغازات في الخليط.
   • يمكن كتابة قانون دالتون على شكل معادلة كـ P. _مجموع = ص₁ + ص₂ + ص₃... مع العديد من الإضافات بعد علامة التساوي حيث توجد غازات في الخليط.
   • يمكن توسيع معادلة قانون دالتون عند العمل مع الغازات التي لا يُعرف ضغطها الجزئي الفردي ، لكننا نعرف أحجامها ودرجات حرارتها. الضغط الجزئي للغاز هو نفس الضغط إذا كانت نفس كمية الغاز هي الغاز الوحيد في الحاوية.
   • لكل من الضغوط الجزئية ، يمكننا إعادة كتابة معادلة الغاز المثالية بحيث ، بدلاً من الصيغة PV = nRT ، يمكن أن يكون لدينا P على الجانب الأيسر من علامة التساوي. للقيام بذلك ، نقسم كلا الجانبين على V: PV / V = ​​nRT / V. يلغي الطرفان V على الجانب الأيسر بعضهما البعض ، ويترك P = nRT / V.
   • يمكننا بعد ذلك استبدال كل P مشترك على الجانب الأيمن من معادلة الضغط الجزئي: P_مجموع = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

جزء 2 من 3: حساب الضغوط الجزئية ثم الضغوط الكلية

1. 

   
   
   
   
   حدد معادلة الضغط الجزئي للغازات التي تعمل بها. لأغراض هذا الحساب ، سنفترض وجود بالون سعة 2 لتر يحتوي على ثلاثة غازات: النيتروجين (N₂) ، الأكسجين (O₂) وثاني أكسيد الكربون (CO₂). يوجد 10 جم من كل غاز ، ودرجة حرارة كل غاز في الدورق 37 درجة مئوية. علينا إيجاد الضغط الجزئي لكل غاز والضغط الكلي الذي يمارسه الخليط على الحاوية.
   • تصبح معادلة الضغط الجزئي لدينا P _مجموع = ص _{نتروجين} + ص _{الأكسجين} + ص _نشبع .
   • نظرًا لأننا نحاول إيجاد الضغط الذي يمارسه كل غاز ، فنحن نعرف الحجم ودرجة الحرارة ويمكننا إيجاد عدد مولات كل غاز بناءً على الكتلة ، يمكننا إعادة كتابة هذه المعادلة على النحو التالي: P_مجموع = (nRT / V) _{نتروجين} + (nRT / V) _{الأكسجين} + (nRT / V) _نشبع

2. 

   
   
   حوّل درجة الحرارة إلى كلفن. درجة الحرارة 37 درجة مئوية ، لذا أضف 273 إلى 37 لتحصل على 310 كلفن.

3. 

   أوجد عدد المولات لكل غاز في العينة. عدد مولات الغاز هو كتلة الغاز مقسومة على كتلته المولية ، والتي قلنا أنها مجموع الأوزان الذرية لكل ذرة في المركب.
   • بالنسبة للغاز الأول ، فإن النيتروجين (N₂) ، كل ذرة لها وزن ذري 14. بما أن النيتروجين ثنائي الذرة (الشكل الجزيئي لذرتين) ، علينا ضرب 14 في 2 لنجد أن كتلة النيتروجين في العينة هي 28. ثم اقسم الكتلة بالجرام ، 10 جم ، بمقدار 28 ، للحصول على عدد المولات ، والذي سنقارب 0.4 مول من النيتروجين.
   • بالنسبة للغاز الثاني ، الأكسجين (O₂) ، كل ذرة لها وزن ذري 16. الأكسجين هو أيضًا ثنائي الذرة ، لذا اضرب 16 في 2 لتجد أن كتلة الأكسجين في عينتنا هي 32. قسمة 10 جم على 32 يعطينا حوالي 0.3 مول من الأكسجين في عينة.
   • الغاز الثالث ، ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ، به 3 ذرات: كربون واحد ، بوزن ذري 12 ؛ واثنين من الأكسجين ، كل منهما بوزن ذري 16. نضيف الأوزان الثلاثة: 12 + 16 + 16 = 44 للكتلة المولية. بقسمة 10 جم على 44 ، نحصل على 0.2 مول من ثاني أكسيد الكربون تقريبًا.

4. 

   
   
   استبدل القيم بالمولات والحجم ودرجة الحرارة. تبدو معادلتنا الآن كما يلي: P_مجموع = (0.4 * ص * 310/2) _{نتروجين} + (0.3 * ص * 310/2) _{الأكسجين} + (0.2 * ص * 310/2) _نشبع.
   • للتبسيط ، استبعدنا وحدات القياس المصاحبة للقيم. سيتم إلغاء هذه الوحدات بعد إجراء العمليات الحسابية ، مع ترك وحدة القياس التي نستخدمها للإبلاغ عن الضغوط.

5. 

   عوّض بقيمة الثابت R. سنجد الضغوط الكلية والجزئية في الغلاف الجوي ، لذلك سنستخدم قيمة R البالغة 0.0821 atm L / K.mol. وبالتعويض بالقيمة في المعادلة ، نحصل الآن على P_مجموع =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{نتروجين} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{الأكسجين} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _نشبع .

6. 

   احسب الضغوط الجزئية لكل غاز. الآن بعد أن أصبح لدينا القيم في مكانها الصحيح ، حان الوقت لإجراء العمليات الحسابية.
   • بالنسبة للضغط الجزئي للنيتروجين ، نضرب 0.4 مول في ثابت 0.0821 ودرجة حرارة 310 كلفن ، ثم نقسم على 2 لتر: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5 ، 09 ضغط جوي تقريبًا.
   • لضغط الأكسجين الجزئي ، نضرب 0.3 مول في ثابت 0.0821 ودرجة الحرارة 310 كلفن ثم نقسم على 2 لتر: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3 ، 82 ضغط جوي ، تقريبًا.
   • بالنسبة للضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون ، نضرب 0.2 مول في ثابت 0.0821 ودرجة حرارة 310 كلفن ، ثم نقسم على 2 لتر: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 ضغط جوي تقريبًا.
   • نضيف الآن هذه الضغوط لإيجاد الضغط الكلي: P_مجموع = 5.09 + 3.82 + 2.54 ، أو ما يقرب من 11.45 ضغط جوي.

جزء 3 من 3: حساب الضغط الكلي ثم الضغط الجزئي

1. 

   حدد معادلة الضغط الجزئي كما سبق. مرة أخرى ، نفترض أن دورق سعة 2 لتر يحتوي على 3 غازات: النيتروجين (N₂) ، الأكسجين (O₂) وثاني أكسيد الكربون (CO₂). يوجد 10 جم من كل غاز ودرجة حرارة كل غاز في القارورة 37 درجة مئوية.
   • ستظل درجة الحرارة في كلفن 310 ، وكما في السابق ، لدينا حوالي 0.4 مول من النيتروجين و 0.3 مول من الأكسجين و 0.2 مول من ثاني أكسيد الكربون.
   • وبالمثل ، سنظل نجد ضغوطًا في الغلاف الجوي ، لذلك سنستخدم القيمة 0.0821 atm L / K.mol للثابت R.
   • إذن ، معادلة الضغط الجزئي لا تزال كما هي عند هذه النقطة: P_مجموع =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _{نتروجين} + (0,3 *0,0821 * 310/2) _{الأكسجين} + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _نشبع.

2. 

   أضف عدد مولات كل غاز في العينة لإيجاد إجمالي عدد مولات خليط الغازات. نظرًا لأن الحجم ودرجة الحرارة متماثلان لكل عينة في الغاز ، ناهيك عن أن كل قيمة مولارية مضروبة في نفس الثابت ، يمكننا استخدام خاصية التوزيع للرياضيات لإعادة كتابة المعادلة كـ P_مجموع = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • إضافة 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 مول من خليط الغازات. هذا يبسط معادلة P _مجموع = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   احسب الضغط الكلي لخليط الغاز. ضرب 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 مول تقريبًا.

4. 

   أوجد نسبة كل غاز في الخليط الكلي. للقيام بذلك ، اقسم عدد مولات كل غاز على العدد الإجمالي للمولات.
   • يوجد 0.4 مول من النيتروجين ، لذا فإن 0.4 / 0.9 = 0.44 (44٪) من العينة تقريبًا.
   • يوجد 0.3 مول من النيتروجين ، لذا فإن 0.3 / 0.9 = 0.33 (33٪) من العينة تقريبًا.
   • يوجد 0.2 مول من ثاني أكسيد الكربون ، بحيث يكون 0.2 / 0.9 = 0.22 (22٪) من العينة تقريبًا.
   • على الرغم من أن النسب المئوية التقريبية أعلاه تصل إلى 0.99 فقط ، فإن الكسور العشرية الفعلية تتكرر ، لذا فإن المجموع الفعلي هو سلسلة من التكرار للتسعات بعد العلامة العشرية. حسب التعريف ، هذا هو نفسه 1 ، أو 100٪.

5. 

   اضرب القيمة النسبية لكل غاز في الضغط الكلي لإيجاد الضغط الجزئي.
   • بضرب 0.44 * 11.45 = 5.04 atm تقريبًا.
   • بضرب 0.33 * 11.45 = 3.78 ضغط جوي تقريبًا.
   • بضرب 0.22 * 11.45 = 2.52 atm تقريبًا.

نصائح

• ستلاحظ اختلافًا بسيطًا في القيم من خلال إيجاد الضغوط الجزئية أولاً ، ثم الضغط الكلي ، وإيجاد الضغط الكلي أولاً ثم الضغط الجزئي. تذكر أنه تم تقديم القيم المعطاة كقيم تقريبية ، بسبب التقريب إلى منزل أو منزلتين عشريتين لتسهيل فهم القيم. إذا قمت بإجراء العمليات الحسابية باستخدام الآلة الحاسبة ، دون التقريب ، ستلاحظ وجود اختلاف بسيط ، إن وجد ، بين الطريقتين.

تحذيرات

• يمكن أن تصبح معرفة ضغوط الغاز الجزئية مسألة حياة أو موت للغواصين. يمكن أن يؤدي الضغط الجزئي المنخفض جدًا للأكسجين إلى فقدان الوعي والموت ، بينما يمكن أن يكون الضغط الجزئي المرتفع جدًا للهيدروجين أو الأكسجين سامًا أيضًا.

المواد اللازمة

• آلة حاسبة؛
• كتاب مرجعي للأوزان الذرية / الكتل المولية.