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• Rat
• Warnung
• Was du brauchst

In der Chemie ist "Partialdruck" der Druck jedes Gases in dem auf die Umgebung einwirkenden Gasgemisch, z. B. ein Probengastank in einem Labor, ein Tauchgastank oder der umgebende Raum. Atmosphäre. Sie können den Druck jedes Gases im Gemisch berechnen, wenn Sie dessen Masse, Volumen und Temperatur kennen. Sie addieren dann die Partialdrücke, um den Gesamtdruck des Gasgemisches zu erhalten, oder Sie ermitteln zuerst den Gesamtdruck und dann den Partialdruck.

Schritte

Teil 1 von 3: Gaseigenschaften verstehen

1. 

   Behandle jedes Gas als "ideales" Gas. In der Chemie ist das ideale Gas eines, das mit anderen Gasen interagiert, ohne von deren Molekülen angezogen zu werden. Gasmoleküle können miteinander kollidieren und wie Billardkugeln ohne Verformung abprallen.
   • Der Druck eines idealen Gases steigt an, wenn es auf einen kleineren Raum komprimiert wird, und nimmt ab, wenn es sich auf einen größeren Raum verteilt. Diese Beziehung ist als Boyles Gesetz bekannt (benannt nach dem Wissenschaftler Robert Boyle). Die mathematische Formel zeigt, dass diese Beziehung k = P x V oder einfacher k = PV ist, wobei k eine konstante Beziehung zwischen Druck und Volumen ist, P Druck ist und V ein Körper ist. Bereich.
   • Dem Problem kann der Druck in einer von vielen verschiedenen Einheiten gegeben werden. In welchem ​​Pascal (Pa) ist die Kraft eines Newton definiert, der auf einen Quadratmeter wirkt. Eine andere Einheit ist die Atmosphäre (atm), die als Druck der Erdatmosphäre in einer Höhe gleich dem Meeresspiegel definiert ist. Der Druck von 1 atm beträgt 101.325 Pa.
   • Die Temperatur des idealen Gases steigt mit zunehmendem Volumen und sinkt mit abnehmendem Volumen. Diese Beziehung ist als Charles 'Gesetz bekannt (benannt nach dem Wissenschaftler Jacques Charles). Die mathematische Formel hierfür lautet k = V / T, wobei k die konstante Beziehung zwischen Volumen und Temperatur ist, V das Volumen ist und T die Temperatur ist.
   • Die Temperatur des Gases in dieser Gleichung wird in Grad Kelvin und Grad Kelvin durch Addition von Grad Celsius um 273 berechnet.
   • Diese beiden Beziehungen können zu einer einzigen Gleichung kombiniert werden: k = PV / T, oder sie können als PV = kT geschrieben werden.

2. 

   
   
   Definiert die Masseneinheit zur Messung von Gas. Das Gas hat sowohl Masse als auch Volumen. Die Volumina werden normalerweise in Litern (l) gemessen, es gibt jedoch zwei Gasmassen.
   • Herkömmliche Massen werden in Gramm oder, wenn die Masse groß genug ist, in Kilogramm gemessen.
   • Da die meisten Gase oft so leicht sind, werden sie auch mit einer anderen Form von Masse gemessen, die als Molmasse oder Molmasse bezeichnet wird. Die Molmasse ist definiert als die Summe der Atommasse jedes Atoms in der Zusammensetzung des Gases, wobei die Masse jedes Atoms mit der Masse des Kohlenstoffs verglichen wird (Wert 12).
   • Da Atome und Moleküle so klein zu berechnen sind, wird die Masse des Gases in Mol definiert. Die Anzahl der Mol in einer Gasmenge kann berechnet werden, indem die Masse des Gases durch seine Molmasse geteilt wird, und wird mit dem Buchstaben n bezeichnet.
   • Wir können jede Konstante k in der Gasgleichung durch das Produkt von n, die Anzahl der Mol und eine neue Konstante R ersetzen. Wir haben jetzt die Gleichung nR = PV / T oder PV = nRT.
   • Der R-Wert hängt von der Einheit ab, mit der Druck, Volumen und Temperatur des Gases gemessen werden. Wenn das Volumen in Litern, die Temperatur in Grad Kelvin und der Druck in der Atmosphäre angegeben sind, beträgt dies 0,0821 l atm / K mol. Sie können auch 0,0821 L atm K mol schreiben, um zu vermeiden, dass der Schrägstrich der Division in Maßeinheiten verwendet werden muss.

3. 

   
   
   Daltons Partialdruckgesetz. Dieses Gesetz wurde vom Chemiker und Physiker John Dalton vorgeschlagen, der erstmals das Konzept eines chemischen Elements aus Atomen vorstellte. Das Daltonsche Gesetz besagt, dass der Gesamtdruck des Gasgemisches der Gesamtdruck jedes Gases im Gemisch ist.
   • Daltons Gesetz kann nach P in die Gleichung geschrieben werden_gesamt = P.₁ + P.₂ + P.₃ ... mit der Druckmenge P gleich der Anzahl der Gase im Gemisch.
   • Die Daltonsche Gesetzgleichung kann entwickelt werden, wenn es sich um Gase handelt, deren Partialdruck unbekannt ist, deren Volumen und Temperatur jedoch bekannt sind. Der Partialdruck eines Gases ist der Druck, den dieselbe Gasmenge in einem Tank ausübt, der nur dieses allein enthält.
   • Für jeden Partialdruck können wir die ideale Gasgleichung PV = nRT in eine Form nur P auf der linken Seite des Gleichheitszeichens umschreiben. Wir müssen also die beiden Seiten durch V teilen: PV / V = ​​nRT / V. Die zwei Vs auf der linken Seite werden eliminiert, schließlich bleibt P = nRT / V.
   • Ersetzen Sie dann diese Formel durch jeden Buchstaben P auf der rechten Seite der Partialdruckgleichung: P._gesamt = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
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Teil 2 von 3: Berechnen Sie den Partialdruck und dann den Gesamtdruck

1. 

   
   
   
   
   Bestimmen Sie die Partialdruckgleichungen für die angegebenen Probleme. Nehmen wir zur Veranschaulichung dieser Berechnung an, wir haben eine 2-Liter-Flasche mit 3 Gasen: Stickstoff (N.₂), Sauerstoff (O.₂) und Kohlendioxid (CO₂). Jedes Gas hat 10 g und die Temperatur jedes Gases in der Flasche beträgt 37 Grad Celsius. Wir müssen den Partialdruck jedes Gases und den Gesamtdruck des auf die Flasche wirkenden Gasgemisches ermitteln.
   • Die Partialdruckgleichung wird wie folgt geschrieben: P._gesamt = P._Stickstoff + P._Sauerstoff + P._Kohlendioxid.
   • Da wir nach dem Druck jedes Gases suchen, das Volumen und die Temperatur kennen und die Molzahl jedes Gases anhand seiner Masse ermitteln können, wird diese Gleichung wie folgt umgeschrieben: P._gesamt = (nRT / V) _Stickstoff + (nRT / V) _Sauerstoff + (nRT / V) _Kohlendioxid

2. 

   
   
   Konvertieren Sie die Temperatur in Grad Kelvin. Die Temperatur der Gase beträgt 37 Grad Celsius, also addieren wir 37 plus 273, um 310 Grad K zu erhalten.

3. 

   Finden Sie die Anzahl der Mol jedes Gases in der Flasche. Die Molzahl des Gases ist die Masse des Gases geteilt durch seine Molmasse, wobei die Molmasse die Gesamtmasse jedes Atoms ist, aus dem die Substanz besteht.
   • Für das erste Gas hat Stickstoff die Summenformel (N.₂) hat jedes Atom eine Masse 14. Da das Stickstoffmolekül zwei Atome hat, müssen wir 14 mit 2 multiplizieren, um ein Molekulargewicht von Stickstoff 28 zu erhalten. Geben Sie 28, um die Molzahl zu erhalten, und runden Sie das Ergebnis auf ungefähr 0,4 Mol Stickstoffgas ab.
   • Für das zweite Gas hat Sauerstoff die Summenformel (O.₂), jedes Atom hat eine Masse von 16. Das Sauerstoffmolekül hat auch zwei Atome. Wir müssen 16 mit 2 multiplizieren, um eine Sauerstoffmolekülmasse von 32 zu erhalten. Das Teilen von 10 g durch 32 ergibt ein ungefähres Ergebnis. 0,3 Mol Sauerstoff in der Flasche.
   • Ein drittes Gas ist die Formel Kohlendioxid (CO₂) gibt es 3 Atome: ein Kohlenstoffatom mit der Masse 12, zwei Sauerstoffatome mit jedem Atom der Masse 16. Wir addieren die Masse der drei Atome: 12 + 16 + 16 = 44 ist Masse Molekül. Das Teilen von 10 g durch 44 ergibt ungefähr 0,2 Mol Kohlendioxid.

4. 

   
   
   Geben Sie die Werte für Mol, Volumen und Temperatur in die Gleichung ein. Nun sieht die Gleichung so aus: P._gesamt = (0,4 * R * 310/2) _Stickstoff + (0,3 * R * 310/2) _Sauerstoff + (0,2 * R * 310/2) _Kohlendioxid.
   • Der Einfachheit halber lassen wir die Maßeinheit für die Werte weg. Diese Einheiten werden zerstört, nachdem Sie die Gleichung gelöst haben, wobei nur die Maßeinheit des Ergebnisses im Druck verbleibt.

5. 

   Ersetzen Sie den Wert der Konstanten R. Wir werden die Ergebnisse des Teil- und Gesamtdrucks in Atmosphären berechnen, also werden wir einen R-Wert von 0,0821 l atm / K mol verwenden. Wenn Sie diesen Wert in die Gleichung einfügen, erhalten Sie P._gesamt =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Stickstoff + (0,3 *0,0821 * 310/2) _Sauerstoff + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _Kohlendioxid.

6. 

   Berechnen Sie den Partialdruck jedes Gases. Nachdem wir unsere Werte eingegeben haben, müssen wir sie als Nächstes lösen.
   • Für den Partialdruck von Stickstoff 0,4 Mol mit der Konstanten 0,0821 und der Temperatur 310 Grad K multiplizieren und dann durch 2 Liter dividieren: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm (ungefähr).
   • Für den Sauerstoffpartialdruck multiplizieren Sie 0,3 Mol mit der Konstanten 0,0821 und der Temperatur 310 Grad K und dividieren Sie dann durch 2 Liter: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm (ungefähr).
   • Für den Partialdruck des Kohlendioxids multiplizieren Sie 0,2 Mol mit der Konstanten 0,0821 und der Temperatur 310 Grad K und dividieren Sie dann durch 2 Liter: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm (ungefähr).
   • Addieren Sie nun diese Drücke, um den Gesamtdruck zu ermitteln: P._gesamt = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 atm (ungefähr).
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Teil 3 von 3: Berechnen Sie den Gesamtdruck und dann den Partialdruck

1. 

   Bestimmen Sie die Partialdruckgleichung wie oben. Angenommen, wir haben eine 2-Liter-Flasche, die 3 Gase enthält: Stickstoff (N.₂), Sauerstoff (O.₂) und Kohlendioxid (CO₂). Jedes Gas hat 10 g und die Temperatur jedes Gases in der Flasche beträgt 37 Grad Celsius.
   • Die Kelvin-Temperatur beträgt immer noch 310 Grad, und genau wie oben haben wir ungefähr 0,4 Mol Stickstoff, 0,3 Mol Sauerstoff und 0,2 Mol Kohlendioxid.
   • In ähnlicher Weise werden wir die Ergebnisse unter Atmosphäre berechnen, sodass wir einen R-Wert von 0,0821 l atm / K mol verwenden.
   • An diesem Punkt bleibt die Partialdruckgleichung: P._gesamt =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Stickstoff + (0,3 *0,0821 * 310/2) _Sauerstoff + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _Kohlendioxid.

2. 

   Addieren Sie die Anzahl der Mol jedes Gases in der Flasche, um die Gesamtmole des Gasgemisches zu ermitteln. Da die Volumina und Temperaturen der Gase im Zylinder gleich sind und die Molekülmasse jedes Gases auch mit derselben Konstante multipliziert wird, können wir die Verteilungseigenschaft der Mathematik verwenden, um die Gleichung neu zu schreiben. Prozess ist P._gesamt = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Zugabe von 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 Mol Gasgemisch. Die Gleichung wird weiter auf P reduziert_gesamt = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Finden Sie den Gesamtdruck des Gasgemisches. Nehmen Sie 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol (ungefähr).

4. 

   Finden Sie den Anteil jedes Gases, aus dem die Mischung besteht. Sie dividieren die Anzahl der Mol pro Gas durch die Gesamtmole des Gasgemisches.
   • Wir haben 0,4 Mol Stickstoff, also nehmen wir 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) in das Gasgemisch (ungefähr).
   • Wir haben 0,3 Mol Sauerstoff, also nehmen wir 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) in das Gasgemisch (ungefähr).
   • Wir haben 0,2 Mol Kohlendioxid, also nehmen wir 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) in das Gasgemisch (ungefähr).
   • Obwohl sich die ungefähren Prozentsätze oben nur auf 0,99 summieren, wiederholen sich die Dezimalstellen in der Realität immer wieder, wobei die Summe eine Reihe von 9s nach dem Komma ist. Per Definition entspricht dies 1 oder 100 Prozent.

5. 

   Multiplizieren Sie das Verhältnis von Masse pro Gas mit dem Gesamtdruck, um den Partialdruck zu ermitteln.
   • Nehmen Sie 0,44 * 11,45 = 5,04 atm (ungefähr).
   • Nehmen Sie 0,33 * 11,45 = 3,78 atm (ungefähr).
   • Nehmen Sie 0,22 * 11,45 = 2,52 atm (ungefähr).
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Rat

• Sie werden eine leichte Diskrepanz zwischen der Partialdruckberechnung und der Partialdruckberechnung zuerst und der Partialdruckberechnung feststellen. Denken Sie daran, dass die berechneten Werte nur ungefähre Zahlen sind, da wir nach Kommas auf 1 oder 2 Zahlen runden, um sie zu vereinfachen.Wenn wir einen Taschenrechner verwenden, um Berechnungen ohne Rundung durchzuführen, ist die Abweichung zwischen diesen beiden Methoden noch geringer, selbst wenn keine Abweichung vorliegt.

Warnung

• Für Taucher ist die Kenntnis des Gaspartialdrucks besonders wichtig, da er mit ihrem Leben zusammenhängt. Ein zu niedriger Sauerstoffpartialdruck kann zu Bewusstlosigkeit oder zum Tod führen, während ein zu hoher Sauerstoffpartialdruck zu Sauerstoff oder Vergiftungen führen kann.

Was du brauchst

• Laptop
• Nachschlagewerk für Atommasse / Molmasse