Химийн "хэсэгчилсэн даралт" гэдэг нь хийн хольц дахь хий тус бүрийн эзэлхүүнтэй колбо, шумбах агаарын сав, атмосферийн хил гэх мэт хүрээлэн буй орчинд үзүүлэх даралтыг хэлнэ. Хэрэв та хийн хэмжээ, эзэлхүүн, температурыг мэддэг бол хий бүрийн даралтыг холимог хэлбэрээр тооцоолж болно. Хэсгийн даралтыг хамтад нь нэмж хийн хольцын нийт даралтыг тооцоолж болно. Нөгөө талаас нийт даралтыг урьдчилан тооцоолж хэсэгчилсэн даралтыг тооцоолж болно.
Алхам
3 -р хэсгийн 1: Хийн шинж чанарыг ойлгох
Алхам 1. Хий бүрийг "хамгийн тохиромжтой" хий гэж үз
Химийн хувьд идеал хий гэдэг нь бусад молекулуудад татагдахгүйгээр бусад хийтэй харьцдаг хий юм. Ганц бие молекулууд хэлбэрээ алдалгүй биллиардын бөмбөг шиг мөргөж, үсэрч чаддаг.
- Идеал хийн даралтыг жижиг орон зайд шахах үед нэмэгдүүлж, том орон зайд тэлэх үед буурдаг. Энэхүү харилцааг Роберт Бойлын бүтээсэн Бойлийн хууль гэж нэрлэдэг. Математикийн хувьд томъёо нь k = P x V, эсвэл k = PV болгон хялбаршуулсан, k нь тогтмол, P нь даралт, V бол эзлэхүүн юм.
- Даралт хэмжих хэд хэдэн нэгж байдаг. Тэдний нэг бол Паскаль (Па) юм. Энэ нэгжийг нэг квадрат метр талбайд хэрэглэсэн нэг Ньютоны хүч гэж тодорхойлдог. Өөр нэг нэгж бол уур амьсгал (атм) юм. Агаар мандал бол дэлхийн агаар мандлын далайн түвшний даралт юм. 1 атм даралт нь 101,325 Па -тай тэнцэнэ.
- Идеал хийн температур нь эзлэхүүн нэмэгдэх тусам нэмэгдэж, эзлэхүүн буурах тусам буурдаг. Энэхүү харилцааг эрдэмтэн Жак Чарльзын бүтээсэн Чарльзын хууль гэж нэрлэдэг. Математикийн томъёо нь k = V / T, энд k нь эзэлхүүн ба температурын тогтмол, V нь эзэлхүүн, T нь температур юм.
- Энэхүү тэгшитгэл дэх хийн температурыг Кельвин градусаар өгдөг бөгөөд үүнийг Цельсийн градусын утганд 273 тоог нэмж оруулснаар олж авдаг.
- Дээрх хоёр томъёог нэг тэгшитгэлээр нэгтгэж болно: k = PV / T, үүнийг бас PV = kT гэж бичиж болно.
Алхам 2. Хэмжих хийн хэмжээг тодорхойлох
Хий нь масстай, эзэлхүүнтэй байдаг. Эзлэхүүнийг ихэвчлэн литр (л) -ээр хэмждэг боловч хоёр төрлийн масс байдаг.
- Уламжлалт массыг граммаар хэмждэг боловч илүү их хэмжээгээр нэгж нь килограмм байдаг.
- Хий нь маш хөнгөн тул ашигладаг нэгж нь молекулын масс эсвэл молийн масс юм. Моляр масс нь хий бүрдүүлдэг нэгдэл дэх атом бүрийн нийт атомын массын нийлбэр бөгөөд нүүрстөрөгчийн хувьд 12 тоотой харьцуулахад атом тус бүр юм.
- Атом, молекулыг тоолоход хэтэрхий жижиг тул хийн хэмжээг мэнгээр тодорхойлдог. Өгөгдсөн хий дэх молийн тоог массын молийн массад хувааж n үсгээр тэмдэглэснээр олж авч болно.
- Хийн тэгшитгэл дэх тогтмол K -ийг n, молийн тоо (моль) -ын тоо, шинэ тогтмол R -ээр сольж болно. Одоо томъёо нь nR = PV/T эсвэл PV = nRT байна.
- R -ийн утга нь хийн даралт, эзэлхүүн, температурыг хэмжих нэгжээс хамаарна. Литрийн эзлэхүүн, Кельвин дэх температур, атмосфер дахь даралтын хувьд 0.0821 л атм/К моль байна. Энэ утгыг 0.0821 L atm K гэж бичиж болно-1 мэнгэ -1 Хэмжлийн нэгжээр хуваахын тулд ташуу зураас ашиглахаас зайлсхийх.
Алхам 3. Далтоны хэсэгчилсэн даралтын хуулийг ойлгох
Энэхүү хуулийг химич, физикч Жон Далтон боловсруулж, химийн элементүүдийг атомаас бүрддэг гэсэн ойлголтыг анх боловсруулсан. Дальтоны хуулиар хийн хольцын нийт даралт нь хольц дахь хийн тус бүрийн даралтын нийлбэр юм..
- Далтоны хуулийг дараах томъёо P хэлбэрээр бичиж болнонийт = P1 + П2 + П3 … тэмдгийн баруун талд байгаа P хэмжээ нь хольц дахь хийн хэмжээтэй тэнцэнэ.
- Хий бүрийн хэсэгчилсэн даралт тодорхойгүй боловч эзэлхүүн, температур нь мэдэгдэж байгаа янз бүрийн хийтэй харьцахдаа Далтоны хуулийн томъёог өргөжүүлж болно. Хийн хэсэгчилсэн даралт нь ийм хэмжээтэй хий нь саванд байгаа цорын ганц хий юм.
- Хэсэгчилсэн даралт бүрийн хувьд хамгийн тохиромжтой хийн томъёог ашиглаж болно. PV = nRT -ийг ашиглахын оронд зөвхөн зүүн талын P -г ашиглаж болно. Үүний тулд хоёр талыг V -д хуваана: PV/V = nRT/V. Баруун талын хоёр V нь бие биенээ цуцалж, P = nRT/V үлдээдэг.
- Бид үүнийг хэсэгчилсэн даралтын томъёонд тодорхой хий илэрхийлсэн баруун талын P тус бүрийг орлуулахын тулд ашиглаж болно: Pнийт = (nRT/V) 1 + (nRT/V) 2 + (nRT/V) 3 …
3 -ийн 2 -р хэсэг: Хэсэгчилсэн даралт, дараа нь нийт даралтыг тооцоолох
Алхам 1. Тооцоолж буй хий бүрийн даралтын тэгшитгэлийг тодорхойл
Тооцооллын хувьд 2 литрийн багтаамжтай колбонд 3 хий агуулагддаг гэж үздэг: азот (Н.2), хүчилтөрөгч (O2), нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2). Хий бүр нь 10 гр жинтэй, 37 градусын температуртай. Бид хий тус бүрийн хэсэгчилсэн даралт, химийн колбонд байгаа хийн хольцын нийт даралтыг тооцоолно.
- Хэсэгчилсэн даралтын томъёо нь Pнийт = Pазотын + Пхүчилтөрөгч + Пнүүрстөрөгчийн давхар исэл.
- Бид мэдэгдэж буй эзэлхүүн, температуртай хий тус бүрийн даралтыг хайж байгаа тул хий тус бүрийн молийн тоог түүний массыг үндэслэн тооцоолж болно. Томъёог дараах байдлаар өөрчилж болно: Pнийт = (nRT/V) азотын + (nRT/V) хүчилтөрөгч + (nRT/V) нүүрстөрөгчийн давхар исэл
Алхам 2. Температурыг Кельвин градус болгон хөрвүүлнэ
Цельсийн температур 37 градус байдаг тул 273 -аас 37 -ийг нэмж 310 градусыг авна.
Алхам 3. Дээжинд байгаа хий бүрийн молийн тоог ол
Хийн молийн тоо нь холимог дахь атом бүрийн атомын массын нийлбэр болох молийн массад хуваагдсан хийн массыг хэлнэ.
- Азотын хийн хувьд (Н.2), атом бүр нь 14 атомын масстай байдаг. Азот нь диатомик (хоёр атомтай молекул) тул 14-ийн утгыг 2-оор үржүүлж, энэ дээжин дэх азотын 28 молийн массыг олж авах ёстой. Дараа нь грамм дахь масс болох 10г -ийг 28 -д хувааж молийн тоог авна, ингэснээр ойролцоогоор 0.4 моль азот гарна.
- Дараагийн хийн хувьд хүчилтөрөгч (O2), атом бүр атомын масстай 16. Хүчилтөрөгч нь бас хоёр атомтай тул 16 дахин 2 нь дээжин дэх хүчилтөрөгчийн молийн массыг 32. 10 граммыг 32 -т хувааж үзвэл ойролцоогоор 0.3 моль хүчилтөрөгч өгнө.
- Дараагийнх нь нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2), 3 атомтай, тухайлбал 12 атомын масстай нэг нүүрстөрөгчийн атом, 16 атомын масстай хүчилтөрөгчийн хоёр атомтай. Эдгээр гурван атомын массыг молийн массыг авахын тулд нэмнэ: 12 + 16 + 16 = 44. Дараагийн 10 грамм нь 44 -т хуваагддаг тул үр дүн нь ойролцоогоор 0.2 моль нүүрстөрөгчийн давхар исэл юм.
Алхам 4. Мэнгэ, хэмжээ, температурыг оруулна уу
Тоонуудыг томъёонд оруулав: Pнийт = (0, 4 * R * 310/2) азотын + (0, 3 * R * 310/2) хүчилтөрөгч + (0, 2 * R * 310/2) нүүрстөрөгчийн давхар исэл.
Энгийнээр хэлэхэд нэгжүүдийг бичээгүй болно. Эдгээр нэгжийг математикийн тооцоололд устгах бөгөөд зөвхөн даралтын нэгжийг үлдээх болно
Алхам 5. R тогтмол утгыг оруулна уу
Нийт ба хэсэгчилсэн даралтыг атмосферийн нэгжээр илэрхийлэх тул ашигласан R утга нь 0.0821 л атм/К моль байна. Энэ утгыг тэгшитгэлд оруулсны дараа томъёо нь P болнонийт =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) азотын + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) хүчилтөрөгч + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) нүүрстөрөгчийн давхар исэл.
Алхам 6. Хий бүрийн хэсэгчилсэн даралтыг тооцоол
Шаардлагатай бүх утгууд бэлэн болсон тул одоо математик хийх цаг болжээ.
- Азотын хэсэгчилсэн даралтын хувьд 0.4 молийг 0.0821 тогтмол, 310 градусын температураар үржүүлээд 2 литрт хуваана: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 атм, ойролцоогоор.
- Хүчилтөрөгчийн хэсэгчилсэн даралтын хувьд 0.3 моль 0.0821 тогтмол ба 310 градусын температураар үржүүлээд 2 литрт хуваана: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3.82 атм, ойролцоогоор.
- Нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хэсэгчилсэн даралтын хувьд 0.2 молийг 0.0821 тогтмол ба 310 градусын температураар үржүүлээд 2 литрт хуваана: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 атм, ойролцоогоор.
- Гурван хэсэгчилсэн даралтыг нэгтгэн нийт даралтыг авна: Pнийт = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54, эсвэл 11.45 atm, их эсвэл бага.
3 -р хэсгийн 3: Нийт даралтыг тооцоолох, дараа нь хэсэгчилсэн
Алхам 1. Хэсэгчилсэн даралтын томъёог өмнөх шиг тодорхойлно
Дахин хэлэхэд, 2 литрийн багтаамжтай колбонд азот (Н.2), хүчилтөрөгч (O2) ба нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2). Хий бүрийн масс 10 грамм, тус бүрийн температур 37 градус байна.
- Кельвин дэх температур ижил 310 градус хэвээр байгаа бөгөөд мэнгэ нь ойролцоогоор 0.4 моль азот, 0.3 моль хүчилтөрөгч, 0.2 моль нүүрстөрөгчийн давхар исэл юм.
- Ашигласан даралтын нэгж нь агаар мандал учраас тогтмол R -ийн утга 0.0821 л атм/К моль байна.
- Тиймээс хэсэгчилсэн даралтын тэгшитгэл энэ үед хэвээр байна: Pнийт =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) азотын + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) хүчилтөрөгч + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) нүүрстөрөгчийн давхар исэл.
Алхам 2. Хий хольцын нийт молийн тоог авахын тулд дээж дэх хий бүрийн молийн тоог нэмнэ
Эзлэхүүн ба температур нь хийн дээж бүрийн хувьд ижил байдаг ба молийн утга бүрийг ижил тогтмолоор үржүүлдэг тул математикийн тархалтын шинж чанарыг ашиглан тэгшитгэлийг дараах байдлаар дахин бичиж болно.нийт = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.
Нийлбэрийг хийх: 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 моль хийн хольц. Тэгшитгэл нь илүү хялбар байх болно, тухайлбал Pнийт = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.
Алхам 3. Хийн хольцын нийт даралтыг тооцоолно
Үржүүлэх: 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 моль, их эсвэл бага.
Алхам 4. Хольцыг бүрдүүлдэг хий бүрийн эзлэх хувийг тооцоол
Холимог дахь хий тус бүрийн эзлэх хувийг тооцоолохын тулд хий бүрийн молийн тоог нийт молийн тоонд хуваана.
- 0.4 моль азот байдаг тул их бага хэмжээгээр 0.4/0.9 = 0.44 (44 хувь) дээж байдаг.
- 0.3 моль азот байдаг тул дээжийн 0.3/0.9 = 0.33 (33 хувь) их, бага хэмжээгээр агуулагддаг.
- 0.2 моль нүүрстөрөгчийн давхар исэл байдаг тул дээжийн 0.2/0.9 = 0.22 (22 хувь) их, бага хэмжээгээр байдаг.
- Дээрх тооцоолсон хувь нь 0.99 буцаах боловч бодит аравтын утга дахин давтагдана. Энэ нь аравтын бутархай цэгийн дараа 9 гэсэн тоо давтагддаг гэсэн үг юм. Тодорхойлолтоор энэ утга нь 1 буюу 100 хувьтай тэнцэнэ.
Алхам 5. Хэсэг бүрийн даралтыг тооцоолохдоо хийн тус бүрийн эзлэх хувийг нийт даралтаар үржүүлнэ
- 0.44 * 11.45 = 5.04 атм, их бага хэмжээгээр үржүүлнэ.
- 0.33 * 11.45 = 3.78 атм, их бага хэмжээгээр үржүүлнэ.
- 0.22 * 11.45 = 2.52 атм, их эсвэл бага хэмжээгээр үржүүлнэ.
