Partialdruck berechnen: 14 Schritte (mit Bildern)

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-19 22:12

"Partialdruck" in der Chemie ist der Druck, den jedes Gas in einem Gasgemisch auf seine Umgebung ausübt, beispielsweise einen Messkolben, einen Tauchlufttank oder eine atmosphärische Grenze. Sie können den Druck jedes Gases in einer Mischung berechnen, wenn Sie die Gasmenge, das eingenommene Volumen und die Temperatur kennen. Die Partialdrücke können addiert werden, um den Gesamtdruck des Gasgemisches zu berechnen. Andererseits kann der Gesamtdruck im Voraus berechnet werden, um den Partialdruck zu berechnen.

Schritt

Teil 1 von 3: Die Eigenschaften von Gasen verstehen

Schritt 1. Behandeln Sie jedes Gas als „ideales“Gas

In der Chemie ist ein ideales Gas ein Gas, das mit anderen Gasen wechselwirkt, ohne von seinen Molekülen angezogen zu werden. Moleküle, die einzeln sind, können wie Billardkugeln stoßen und hüpfen, ohne sich zu verformen.

Der Druck eines idealen Gases steigt, wenn es in einem kleineren Raum komprimiert wird und sinkt, wenn es sich in einem größeren Raum ausdehnt. Diese Beziehung wird Boyles Gesetz genannt, das von Robert Boyle geschaffen wurde. Mathematisch lautet die Formel k = P x V oder vereinfacht zu k = PV, k ist eine Konstante, P ist der Druck, während V das Volumen ist.
Es gibt mehrere mögliche Einheiten für Druck. Einer von ihnen ist Pascal (Pa). Diese Einheit ist definiert als die Kraft von einem Newton, die auf eine Fläche von einem Quadratmeter aufgebracht wird. Eine weitere Einheit ist die Atmosphäre (atm). Atmosphäre ist der Druck der Erdatmosphäre auf Meereshöhe. Ein Druck von 1 atm entspricht 101.325 Pa.
Die Temperatur eines idealen Gases steigt mit zunehmendem Volumen und sinkt mit abnehmendem Volumen. Diese Beziehung wird Charles' Gesetz genannt, das vom Wissenschaftler Jacques Charles geschaffen wurde. Die mathematische Formel lautet k = V / T, wobei k das Volumen und die Temperaturkonstante, V das Volumen und T die Temperatur ist.
Die Temperatur des Gases in dieser Gleichung wird in Grad Kelvin angegeben, die man erhält, indem man die Zahl 273 zum Gradwert in Celsius addiert.
Die beiden obigen Formeln können mit einer Gleichung kombiniert werden: k = PV / T, die auch als PV = kT geschrieben werden kann.

Schritt 2. Bestimmen Sie die zu messende Gasmenge

Gase haben Masse und Volumen. Das Volumen wird normalerweise in Litern (l) gemessen, aber es gibt zwei Arten von Massen.

Herkömmliche Masse wird in Gramm gemessen, aber bei größeren Mengen ist die Einheit Kilogramm.
Da Gase sehr leicht sind, werden als Einheiten Molekularmasse oder Molmasse verwendet. Die Molmasse ist die Summe der gesamten Atommassen jedes Atoms in der Verbindung, aus der das Gas besteht, jedes Atom im Vergleich zur Zahl 12 für Kohlenstoff.
Da Atome und Moleküle zu klein zum Zählen sind, wird die Gasmenge in Mol angegeben. Die Anzahl der in einem bestimmten Gas vorhandenen Mole kann durch Division der Masse durch die Molmasse ermittelt und mit dem Buchstaben n bezeichnet werden.
Die Konstante K in der Gasgleichung kann durch das Produkt aus n, der Molzahl (Mol) und der neuen Konstanten R ersetzt werden. Nun lautet die Formel nR = PV/T oder PV = nRT.
Der Wert von R hängt von den Einheiten ab, die zum Messen von Druck, Volumen und Temperatur des Gases verwendet werden. Für Volumen in Liter, Temperatur in Kelvin und Druck in Atmosphären beträgt der Wert 0,0821 L atm/K mol. Dieser Wert kann als 0,0821 L atm K. geschrieben werden^-1 Maulwurf ^-1 um die Verwendung von Schrägstrichen zur Darstellung von Divisionen in Maßeinheiten zu vermeiden.

Schritt 3. Verstehen Sie das Partialdruckgesetz von Dalton

Dieses Gesetz wurde von dem Chemiker und Physiker John Dalton entwickelt, der als erster das Konzept entwickelte, dass chemische Elemente aus Atomen bestehen. Das Daltonsche Gesetz besagt, dass der Gesamtdruck eines Gasgemisches die Summe der Drücke der einzelnen Gase im Gemisch ist.

Das Daltonsche Gesetz kann in Form der folgenden Formel P. geschrieben werden_gesamt = P₁ + P₂ + P₃ … die Menge an P rechts vom Vorzeichen gleich der Gasmenge im Gemisch ist.
Die Formel des Daltonschen Gesetzes kann erweitert werden, wenn es um verschiedene Gase geht, bei denen der Partialdruck jedes Gases unbekannt ist, deren Volumen und Temperatur jedoch bekannt sind. Der Partialdruck eines Gases ist gleich dem Druck, der voraussetzt, dass das Gas in dieser Menge das einzige Gas im Behälter ist.
Für jeden Partialdruck kann die ideale Gasformel verwendet werden. Anstelle von PV = nRT kann nur P auf der linken Seite verwendet werden. Dazu werden beide Seiten durch V geteilt: PV/V = nRT/V. Die beiden Vs auf der rechten Seite heben sich gegenseitig auf, so dass P = nRT/V bleibt.
Wir können es verwenden, um jedes P rechts zu ersetzen, das ein bestimmtes Gas in der Partialdruckformel darstellt: P_gesamt =(nRT/V) ₁ + (nRT/V) ₂ + (nRT/V) ₃ …

Teil 2 von 3: Berechnung des Partialdrucks, dann des Gesamtdrucks

Schritt 1. Bestimmen Sie die Partialdruckgleichung für jedes Gas, das Sie berechnen

Für diese Berechnung wird angenommen, dass ein 2-Liter-Kolben 3 Gase enthält: Stickstoff (N₂), Sauerstoff (O₂) und Kohlendioxid (CO₂). Jedes Gas hat eine Masse von 10 g und eine Temperatur von 37 Grad Celsius. Wir berechnen den Partialdruck jedes Gases und den Gesamtdruck des Gasgemisches im Chemikalienkolben.

Die Partialdruckformel lautet P_gesamt = P_Stickstoff- + P_Sauerstoff + P_Kohlendioxid.
Da wir für jedes Gas mit bekanntem Volumen und Temperatur nach dem Druck suchen, kann die Molzahl jedes Gases anhand seiner Masse berechnet werden. Die Formel kann geändert werden in: P_gesamt =(nRT/V) _Stickstoff- + (nRT/V) _Sauerstoff + (nRT/V) _Kohlendioxid

Schritt 2. Konvertieren Sie die Temperatur in Grad Kelvin

Die Temperatur in Celsius beträgt 37 Grad, also addiere 273 zu 37, um 310 Grad K zu erhalten.

Schritt 3. Ermitteln Sie die Molzahl jedes in der Probe vorhandenen Gases

Die Molzahl eines Gases ist die Masse des Gases geteilt durch seine Molmasse, die die Summe der Atommassen jedes Atoms in der Mischung ist.

Für Stickstoffgas (N₂) hat jedes Atom eine Atommasse von 14. Da Stickstoff zweiatomig ist (ein Molekül aus zwei Atomen), muss der Wert von 14 mit 2 multipliziert werden, um eine Molmasse von 28 für den Stickstoff in dieser Probe zu erhalten. Als nächstes wird die Masse in Gramm, 10 g, durch 28 geteilt, um die Anzahl der Mole zu erhalten, so dass das Ergebnis etwa 0,4 Mol Stickstoff ist.
Für das nächste Gas, Sauerstoff (O₂) hat jedes Atom eine Atommasse von 16. Sauerstoff ist auch zweiatomig, also ergibt 16 mal 2 die Molmasse von Sauerstoff in der Probe 32. 10 Gramm geteilt durch 32 ergeben ungefähr 0,3 Mol Sauerstoff.
Als nächstes kommt Kohlendioxid (CO₂), das aus 3 Atomen besteht, nämlich einem Kohlenstoffatom mit einer Atommasse von 12 und zwei Sauerstoffatomen mit einer Atommasse von 16. Diese drei Atommassen werden addiert, um die Molmasse zu erhalten: 12 + 16 + 16 = 44. Die nächsten 10 Gramm werden durch 44 geteilt, so dass das Ergebnis etwa 0,2 Mol Kohlendioxid ist.

Schritt 4. Geben Sie die Molwerte, das Volumen und die Temperatur ein

Die Zahlen wurden in die Formel eingetragen: P_gesamt =(0, 4 * R * 310/2) _Stickstoff- + (0, 3 * R * 310/2) _Sauerstoff + (0, 2 * R * 310/2) _Kohlendioxid.

Der Einfachheit halber werden die Einheiten nicht geschrieben. Diese Einheiten werden in den mathematischen Berechnungen gelöscht, es bleiben nur die Druckeinheiten übrig

Schritt 5. Geben Sie den Wert der Konstanten R ein

Die Gesamt- und Partialdrücke werden in atmosphärischen Einheiten ausgedrückt, so dass der verwendete R-Wert 0,0821 L atm/K mol beträgt. Dieser Wert wird dann in die Gleichung eingetragen, sodass die Formel P. ist_gesamt =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _Stickstoff- + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _Sauerstoff + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _Kohlendioxid.

Schritt 6. Berechnen Sie die Partialdrücke für jedes Gas

Jetzt, da alle erforderlichen Werte verfügbar sind, ist es an der Zeit, die Berechnung durchzuführen.

Für den Stickstoffpartialdruck werden 0,4 Mol mit einer Konstanten von 0,0821 und einer Temperatur von 310 Grad K multipliziert, dann durch 2 Liter geteilt: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, ungefähr.
Für den Sauerstoffpartialdruck werden 0,3 Mol mit einer Konstanten von 0,0821 und einer Temperatur von 310 Grad K multipliziert, dann durch 2 Liter geteilt: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, ungefähr.
Für den Partialdruck von Kohlendioxid werden 0,2 Mol mit einer Konstanten von 0,0821 und einer Temperatur von 310 Grad K multipliziert und dann durch 2 Liter geteilt: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = ungefähr 2,54 atm.
Die drei Partialdrücke werden dann addiert, um den Gesamtdruck zu erhalten: P_gesamt = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 oder 11,45 atm, mehr oder weniger.

Teil 3 von 3: Berechnung des Gesamtdrucks, dann Teildruck

Schritt 1. Bestimmen Sie die Partialdruckformel wie zuvor

Angenommen, ein 2-Liter-Kolben enthält 3 verschiedene Gase: Stickstoff (N₂), Sauerstoff (O₂) und Kohlendioxid (CO₂). Die Masse jedes Gases beträgt 10 Gramm und die Temperatur jedes Gases beträgt 37 °C.

Die Temperatur in Kelvin beträgt immer noch 310 Grad und die Molzahl beträgt ungefähr 0,4 Mol Stickstoff, 0,3 Mol Sauerstoff und 0,2 Mol Kohlendioxid.
Die verwendete Druckeinheit ist auch die Atmosphäre, daher beträgt der Wert der Konstanten R 0,0821 L atm/K mol.
Die Partialdruckgleichung ist an dieser Stelle also immer noch dieselbe: P_gesamt =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _Stickstoff- + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _Sauerstoff + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _Kohlendioxid.

Schritt 2. Addieren Sie die Molzahl jedes Gases in der Probe, um die Gesamtmolzahl der Gasmischung zu erhalten

Da Volumen und Temperatur für jede Gasprobe gleich sind und jeder Molwert auch mit derselben Konstante multipliziert wird, können wir die Verteilungseigenschaft der Mathematik verwenden, um die Gleichung wie folgt umzuschreiben:_gesamt = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Machen Sie die Summen: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 Mol Gasgemisch. Die Gleichung wird einfacher sein, nämlich P_gesamt = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Schritt 3. Berechnen Sie den Gesamtdruck des Gasgemisches

Führen Sie die Multiplikation durch: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 Mol, mehr oder weniger.

Schritt 4. Berechnen Sie den Anteil jedes Gases, aus dem die Mischung besteht

Um den Anteil jedes Gases in der Mischung zu berechnen, dividiere die Molzahl jedes Gases durch die Gesamtmolzahl.

Es gibt 0,4 Mol Stickstoff, also 0,4/0,9 = 0,44 (44%) Probe, mehr oder weniger.
Es sind 0,3 Mol Stickstoff vorhanden, also 0,3/0,9 = 0,33 (33 Prozent) der Probe, mehr oder weniger.
Es gibt 0,2 Mol Kohlendioxid, also 0,2/0,9 = 0,22 (22%) der Probe, mehr oder weniger.
Obwohl die obige Berechnung des geschätzten Prozentsatzes 0,99 ergibt, wiederholt sich der tatsächliche Dezimalwert. Dies bedeutet, dass nach dem Komma die Zahl 9 ist, die sich wiederholt. Per Definition ist dieser Wert gleich 1 oder 100 Prozent.

Schritt 5. Multiplizieren Sie den Anteil der Menge jedes Gases mit dem Gesamtdruck, um den Partialdruck zu berechnen

Multiplizieren Sie 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, mehr oder weniger.
Multiplizieren Sie 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, mehr oder weniger.
Multiplizieren Sie 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, mehr oder weniger.

Tipps

Es besteht ein geringfügiger Wertunterschied zwischen der Berechnung des Partialdrucks zuerst und dann des Gesamtdrucks und der Berechnung des Gesamtdrucks zuerst und dann des Partialdrucks. Beachten Sie, dass die oben angegebenen Werte aufgrund der Rundung auf 1 oder 2 Dezimalstellen zum besseren Verständnis als ungefähre Werte ausgedrückt werden. Würden die Berechnungen allein mit einem Taschenrechner und ohne Rundung durchgeführt, gäbe es weniger oder gar keinen Unterschied zwischen den beiden Methoden

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