Что называют парциальным давлением
Парциальное давление и объём
Вы будете перенаправлены на Автор24
Что такое парциальное давление
Характеристикой состояния компоненты смеси идеальных газов является парциальное давление.
Давление смеси идеальных газов p определяется по закону Дальтона:
Следовательно, парциальное давление, можно выразить как:
Что такое парциальный объем
Другим важным параметром состояния смеси газов является парциальный объем.
Готовые работы на аналогичную тему
Для смеси идеальных газов выполняется закон Амага:
Парциальный объем можно рассчитать по формуле:
где все параметры в уравнении (9) относятся к смеси в целом.
Или уравнение (9) иногда удобнее записывать в таком виде:
Задание: При 290 K в сосуде объемом 1$м^3$ содержится 0,5$<\cdot 10>^<-3>$ кг водорода и 0,10$<\cdot 10>^<-3>$ кг гелия. Найдите парциальное давление гелия и давление смеси.
Найдем количество молей для каждой компоненты смеси, используя формулу:
Тогда давление водорода:
Рассчитаем парциальное давление водорода:
Аналогично найдем парциальное давление гелия:
Давление смеси найдем как сумму давлений составляющих ее компонент:
Следовательно, давление смеси равно:
Найдем массу смеси газов:
Рассчитаем газовую постоянную смеси:
Проведем вычисления объема, учитывая, что p=1атм.=$\ <10>^5Па$:
Получи деньги за свои студенческие работы
Курсовые, рефераты или другие работы
Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 14 01 2021
Парциальное давление
Из Википедии — свободной энциклопедии
Прибор Рамзая для обнаружения парциального давления.
Во внутреннем сосуде Р из палладия находится смесь азота и водорода под общим давлением в 1 атм. Сосуд Р соединён с дифференциальным манометром и помещён в сосуд большего размера. При высоких температурах водород легко диффундирует через палладиевую оболочку, и стенки сосуда Р становятся полупроницаемыми — они проницаемы для водорода, но непроницаемы для азота. Пропуская нагретый водород с давлением в 1 атм через больший сосуд, исследователь обнаружит, что давление смеси газов в сосуде Р превысит 1 атм на величину парциального давления азота при данной температуре.
В химии парциальное давление газа в смеси газов определяется как указано выше. Парциальное давление газа, растворённого в жидкости, является парциальным давлением того газа, который образовался бы в фазе газообразования в состоянии равновесия с жидкостью при той же температуре. Парциальное давление газа измеряется как термодинамическая активность молекул газа. Газы всегда будут вытекать из области с высоким парциальным давлением в область с более низким давлением; и чем больше разница, тем быстрее будет поток. Газы растворяются, диффундируют и реагируют соответственно их парциальному давлению и не обязательно зависимы от концентрации в газовой смеси.
Парциальное давление и объем
Когда мы имеем дело со смесями газов, важно знать, что они имеют такие характеристики, как парциальный объем и парциальное давление. Для начала определим, что такое смесь идеальных газов.
Смесь идеальных газов – это смесь нескольких газообразных веществ, которые при заданных условиях не будут вступать в определенные химические реакции.
Понятие парциального давления
Парциальное давление – это особая характеристика, описывающая состояние компонентов смеси идеальных газов. Сформулируем основное определение:
Формула парциального давления будет выглядеть так:
p i = m i μ i R T V = μ i R T V
Следует подчеркнуть, что поскольку средние кинетические энергии молекул смеси равны, то существует и равенство температур всех компонентов газовой смеси, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.
Для нахождения давления смеси идеальных газов нужно воспользоваться законом Дальтона в следующей формулировке:
p = ∑ i = 1 N p i = R T V ∑ i = 1 N ν i
Исходя из него, мы можем выразить парциальное давление так:
Понятие парциального объема
У газовой смеси также есть такая характеристика, как парциальный объем.
Парциальный объем V i i -газа в газовой смеси – это такой объем, который мог бы иметь газ при условии отсутствия всех остальных газов и сохранении исходной температуры и объема.
Если речь идет о смеси идеальных газов, то к ней применим закон Амага:
В самом деле, при выражении ν i из формулы выше у нас получится следующее:
ν i = p V i R T ; p = R T V p R T ∑ i = 1 N V i → V = ∑ i = 1 N V i
Для расчета парциального объема газа используется следующая формула:
Нам известно, что параметры, определяющие состояние смеси идеальных газов, будут подчиняться уравнению Менделеева-Клайперона. Формула будет выглядеть так:
Все параметры данного уравнения будут относиться ко всей смеси. Это же уравнение удобнее записать так:
Здесь параметры R s m = R μ s m = R ∑ i = 1 N q i μ i означают удельную газовую постоянную смеси.
Начнем с вычисления количества молей каждого компонента смеси. Для этого можно использовать формулу:
ν H 2 = m H 2 μ H 2
Считаем, что получится:
Теперь с помощью уравнения Менделеева-Клайперона можно найти парциальное давление каждого компонента:
Сначала рассчитаем давление водорода:
p H 2 V = ν H 2 R T → p H 2 = ν H 2 R T V
Парциальное давление будет равно:
Теперь то же самое подсчитываем для гелия:
Чтобы найти общее давление смеси газов, сложим сумму давлений ее составляющих:
Подставляем полученные ранее значения и находим нужный результат:
Начнем с вычисления общей массы газовой смеси.
Переходим к вычислению массовых компонентов смеси:
Тогда газовая постоянная смеси будет равна:
R s m = R ∑ i = 1 N g i μ i
Объем смеси вычисляем с помощью уравнения Менделеева-Клайперона:
V s m = m s m R s m T s m p s m
Трактовка закона
Учёный Дальтон в 1801 году сформировал закон парциальных давлений: Па смеси из идеальных газов равняется сумме рi её компонентов. Уравнение имеет следующий вид: Рсм=n (сумма pi), где n — число долей смеси.
Для определения парциального давления в химии используется отдельный компонент из атмосферного воздуха. При расчете учитывается значение каждого отдельного вещества, их число, температуры с объёмами. При необходимости можно найти общий показатель, сложив давление каждого компонента в отдельности.
Каждый газ в сосуде должен обозначаться как «идеальный». При нормальных условиях они взаимодействуют с углекислым газом, водородом, водой, азотом, водяным паром, кислородом, компонентами крови и прочими компонентами из таблицы Менделеева. При этом не образуются соединения. Отдельные молекулы способны сталкиваться между собой, отталкиваясь, но не деформируясь.
Физические и химические задачи решаются с помощью формулы парциального давления (закон открыли учёные Бойль и Мариотт): (k = P x V). Кроме полного варианта, уравнение записывается сокращённо k = PV, где:
Второстепенные значения
Давление может измеряться в разных величинах: процент, паскаль (Па). Смысл последнего: сила в 1 ньютон приложена к площади в 1 кв. м. Если результат такой зависимости записывается в атмосферах, тогда для его нахождения потребуется учесть, что одна атмосфера равняется 101,325 Па.
Температура идеального газа повышается, если увеличивается объём, а снижается, если уменьшается последний показатель. Такое соотношение может называться законом Чарльза, который имеет следующий математический вид: k = V / T. Значение температуры в уравнении измеряется в градусах Кельвина. Оно зависит от градусов Цельсия. Чтобы его найти, прибавляется 273.
Уравнение используется в химии для определения мольной доли (концентрация, которая выражается через отношение количества молей 1 компонента к суммарному числу молей пары веществ, входящих в смесь). Кроме объёма, для газа характерна молярная масса (вес одной доли компонента) и объём. Существуют легкие способы её подсчёта:
Уравнения Дальтона и Бойля
Физик и химик Дальтон считается первым учёным, предположившим структуру атомных элементов, их свойства. Общее давление вычисляется следующим образом: Р= P1 + P2 + P3. Пример: в колбе содержится по 10 г оксигена и нитрогена. Их общее Р будет равно 20 (10+10). Для вычисления pi используется температура, равная 37 градусам Цельсия.
Чтобы перевести её в градусы Кельвина, значение по Цельсию, равное 37, добавляется к 273. Результат — 310. Для вычисления количества молей газов используется масса, поделённая на молярную. Если уравнение касается нитрогена, вес каждого компонента соответствует цифре 14.
Так как вещество содержит в себе 2 атома, то 14х2, что равно 28. Масса в граммах делится на полученный результат. Таким способом вычисляется количество молей, приблизительно равное 0,4 моль. Чтобы найти аналогичное значение у оксигена, применяется масса 16. Вещество относится к двухатомным газам, поэтому 16х2 равняется 32. По результатам получается, что 0,3 моль оксигена содержится в составе газовой смеси.
Если в задаче указывается общее давление и pi в атмосферах, тогда используется в качестве константы R (0.0821 л атм/K моль). При подстановке данных в уравнение можно узнать Pобщее. Чтобы вычислить ПД нитрогена, 0,4 моль умножается на константу и температуру. Результат делится на 2 литра, что приблизительно равно 5.09 атм. Аналогичные шаги выполняются для вычисления ПД оксигена. Конечный результат равен 3.82 атм.
Свойства веществ
Значение pi газа, растворённого в жидкости, равняется pi того вещества, который образовался бы в фазе газообразования в случае равновесия с жидкостью при аналогичной температуре. Парциальное давление (ПД) измеряется в качестве термодинамической активности молекул вещества.
Газы постоянно вытекают из сферы с высоким ПД в область с низким давлением. Чем больше такая разница, тем быстрее поток. Газам свойственно растворяться, диффундировать, реагировать на ПД. В некоторых случаях показатель не зависит от концентрации газовой смеси.
При решении задач в области химии и физики учитываются свойства газов: сжимаемость и способность расширяться. Они не имеют своей формы, поэтому расширяются до заполнения сосуда, принимая его форму. По аналогичной причине они не имеют объёма. Газ давит на стенки ёмкости по всем направлениям одинаково. Характерное свойство компонентов — способность смешиваться между собой в разных соотношениях.
Так как объём зависит от температуры и давления, поэтому в норме должно быть 0 °C и 760 мм рт. ст. При этом нет места влаги. Если объём считается нормальным, его обозначают стоящей впереди буквой. Подобная зависимость отображается в термодинамике с помощью графика. Если доказана зависимость объема от давления, при этом температура постоянная, используются изотермы (линии, которые изображают на диаграмме процесс с неизменной температурой).
Точки и функции
В законе Бойля чётко указана зависимость объёма от давления при одинаковой температуре. Если данные нанести на график в функцию давления, через точки можно будет провести кривую. Точный эксперимент и незначительный разброс точек позволяют описать объёмное поведение системы с небольшой погрешностью.
Несколько подобных кривых для разных температур во всём диапазоне изученных условий позволяет описать объёмное поведение газа. Одновременно отображаются кривые постоянного давления, которые описывают изменения основных показателей. Чтобы получить окончательные результаты, кривые требуют незначительного сглаживания. Подобные графики сделать самостоятельно менее сложно.
Объём газа при неизменной температуре сильно изменяется с колебаниями давления. Но графически представить такую зависимость в широком диапазоне изменения давлений трудно. Если охвачена широкая область изменения, используются крупные масштабы.
Для упрощения процесса построения на график наносится зависимость произведения Р от давления при одной температуре, что существенно уменьшает область выявления функции. Наибольший эффект получается от применения 1−2 специальных функций объёма, которые называются коэффициентом сжимаемости и остаточным объёмом.
Каждое понятие характеризуется объёмным поведением газа с учётом его отклонений от нормального состояния вещества и созданных идеальных условий. Чтобы упростить поставленную задачу, график отображается на специальной бумаге либо при помощи компьютерных программ. Во втором случае достаточно ввести данные. Сервис самостоятельно строит прямые, кривые и прочие элементы графика.
Простые зависимости лучше отображать в стандартных программах Word. Графические сложные задачи в химии и физике решаются с помощью «Agrafer» — известная компьютерная программа, которая используется не только студентами, но и школьниками.
Понятие и расчет парциального давления
Смесь идеальных газов – это смесь нескольких газообразных веществ, которые при определённых условиях не будут вступать в определённые химические реакции. При работе со смесью большое значение имеет такая характеристика, как парциальное давление.
Понятие парциального давления
Парциальное давление i-газа (Pi) – это давление отдельно взятого i-газа, которое тот создавал бы, если бы остальные компоненты смеси отсутствовали, а температура и объем остались бы неизменными.
Pi измеряется как термодинамическая активность молекул газа. Он всегда вытекает из области с высоким парциальным давлением в область более низкого. Больше разница – быстрее поток.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Формула расчета
Формула расчёта для i-газа:
где V – объем смеси, T – температура смеси.
Сумма и разность парциальных давлений
По закону Дальтона парциальное давление смеси идеальных газов находят из суммы рn её компонентов:
А разность парциальных давлений является движущей силой газообмена при диффузии. Напомним, чем больше разница, тем быстрее поток. Этот фактор нужно учитывать, к примеру, при утеплении дома: из-за перепада температур в зимнее время влага конденсируется и попадает в утеплитель, что негативно сказывается на его качестве.
Связь парциального давления и концентрации
Парциальное давление является одним из показателей абсолютной концентрации количества молекул газа в единице объема газовой смеси. Чем больше молекул в единице объема, тем выше парциальное давление этого газа.