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화학에서 "부분 압력"은 샘플 병, 잠수 공기 탱크 또는 대기의 한계와 같이 가스 혼합물의 각 가스가 주변 환경에 가하는 압력을 의미합니다. 가스의 양, 차지하는 부피 및 온도를 안다면 혼합물의 각 가스의 압력을 계산할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 부분 압력을 추가하여 가스 혼합물의 총 압력을 찾거나 총 압력을 먼저 찾은 다음 부분 압력을 찾을 수 있습니다.

단계

3 단계 중 1 : 가스의 특성 이해

1. 

   각 가스를 "이상적인"가스로 취급하십시오. 화학에서 이상 기체는 분자에 끌리지 않고 다른 기체와 상호 작용하는 기체입니다. 개별 분자는 어떤 방식 으로든 변형되지 않고 서로 부딪혀 당구 공처럼 튕겨 나올 수 있습니다.
   • 이상적인 가스 압력은 더 작은 공간으로 압축되면 증가하고 더 큰 영역으로 확장되면 감소합니다. 이 관계를 로버트 보일의 이름을 따서 보일의 법칙이라고합니다. 수학적으로 k = P x V 또는 더 간단하게 k = PV로 설명됩니다. 여기서 k는 일정한 관계를 나타내고 P는 압력을 나타내고 V는 부피를 나타냅니다.
   • 압력은 가능한 여러 단위 중 하나를 사용하여 결정할 수 있습니다. 하나는 파스칼 (Pa)로 평방 미터에 걸쳐 적용된 뉴턴 힘으로 정의됩니다. 다른 하나는 대기 (atm)로, 해수면에서 지구의 대기압으로 정의됩니다. 1 atm의 압력은 101,325 Pa와 같습니다.
   • 이상 기체 온도는 부피가 증가하고 감소함에 따라 증가합니다. 이 관계는 Jacques Charles의 이름을 따서 Charles의 법칙이라고하며 수학적으로 k = V / t로 설명됩니다. 여기서 k는 일정한 부피와 온도 사이의 관계를 나타내고 V는 부피를 다시 나타내고 T는 온도를 나타냅니다.
   • 이 방정식의 가스 온도는 켈빈으로 표시되며 가스 온도의 섭씨 온도에 273을 더하여 구합니다.
   • 이 두 관계는 단일 방정식으로 결합 될 수 있습니다. k = PV / T, PV = kT로도 쓸 수 있습니다.

2. 

   
   
   가스가 측정되는 양을 정의하십시오. 가스에는 질량과 부피가 있습니다. 부피는 일반적으로 리터 (l) 단위로 측정되지만 질량에는 두 가지 유형이 있습니다.
   • 기존의 질량은 그램 단위로 측정되거나 충분히 큰 질량이있는 경우 킬로그램 단위로 측정됩니다.
   • 가스의 가벼움 때문에 분자 질량 또는 몰 질량이라고하는 또 다른 형태의 질량으로도 측정됩니다. 몰 질량은 가스가 만들어지는 화합물의 각 원자의 원자 무게의 합으로 정의되며 각 원자는 탄소에 대한 값 12와 비교됩니다.
   • 원자와 분자는 작업하기에 너무 작기 때문에 가스의 양은 몰로 정의됩니다. 주어진 기체에 존재하는 몰의 수는 질량을 몰 질량으로 나누어 결정할 수 있으며 문자 n으로 나타낼 수 있습니다.
   • 기체 방정식의 임의 상수 k를 n, 몰 수 (mol) 및 새 상수 R의 곱으로 바꿀 수 있습니다. 이제 방정식은 nR = PV / T 또는 PV = nRT로 쓸 수 있습니다.
   • R 값은 가스의 압력, 부피 및 온도를 측정하는 데 사용되는 단위에 따라 다릅니다. 리터 단위의 부피, 켈빈 단위의 온도 및 대기의 압력을 식별하기 위해 값은 0.0821 L.atm / K.mol입니다.측정 단위에서 분할 막대를 피하기 위해 L 0.0821 atm K mol로 쓸 수도 있습니다.

3. 

   
   
   Dalton의 부분압 법칙을 이해합니다. 화학자이자 물리학자인 John Dalton이 처음으로 원자로 이루어진 화학 원소의 개념을 발전시킨 Dalton의 법칙은 가스 혼합물의 총 압력이 혼합물의 각 가스 압력의 합이라고 말합니다.
   • 달튼의 법칙은 P와 같은 방정식으로 쓸 수 있습니다. _합계 = P₁ + P₂ + P₃... 등호 뒤에는 혼합물에 가스가있는만큼의 추가 목록이 있습니다.
   • Dalton의 법칙 방정식은 개별 분압은 알 수 없지만 부피와 온도를 알고있는 기체로 작업 할 때 확장 될 수 있습니다. 동일한 양의 가스가 용기에있는 유일한 가스 인 경우 가스의 분압은 동일한 압력입니다.
   • 각 부분 압력에 대해 이상 기체 방정식을 다시 쓸 수 있으므로 공식 PV = nRT 대신 등호 왼쪽에 P 만있을 수 있습니다. 이를 위해 양쪽을 V : PV / V = ​​nRT / V로 나눕니다. 왼쪽에있는 두 V는 서로를 상쇄하고 P = nRT / V를 남깁니다.
   • 그런 다음 부분 압력 방정식의 오른쪽에 등록 된 각 P를 대체 할 수 있습니다. P_합계 = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

파트 2/3 : 부분 압력 및 총 압력 계산

1. 

   
   
   
   
   작업중인 가스에 대한 부분 압력 방정식을 정의하십시오. 이 계산의 목적을 위해 질소 (N₂), 산소 (O₂) 및 이산화탄소 (CO₂). 각 가스는 10g이고 플라스크의 각 가스 온도는 섭씨 37º입니다. 각 가스의 분압과 혼합물이 용기에 가하는 총 압력을 찾아야합니다.
   • 우리의 분압 방정식은 P가됩니다. _합계 = P _질소 + P _산소 + P _{이산화탄소} .
   • 각 가스가 가하는 압력을 찾으려고하므로 부피와 온도를 알고 질량을 기준으로 각 가스의 몰이 몇 몰인지 알 수 있으므로이 방정식을 다음과 같이 다시 작성할 수 있습니다._합계 = (nRT / V) _질소 + (nRT / V) _산소 + (nRT / V) _{이산화탄소}

2. 

   
   
   온도를 켈빈으로 변환합니다. 온도는 섭씨 37º이므로 273 ~ 37을 더하면 310K가됩니다.

3. 

   샘플의 각 가스에 대한 몰 수를 찾으십시오. 가스의 몰수는 가스의 질량을 그 몰 질량으로 나눈 값이며, 우리는 화합물에있는 각 원자의 원자 무게의 합이라고 말했습니다.
   • 첫 번째 가스의 경우 질소 (N₂), 각 원자의 원자량은 14입니다. 질소는 이원자 (두 원자의 분자 형태)이므로 14에 2를 곱하여 샘플의 질소의 몰 질량이 28임을 확인해야합니다. 그런 다음 질량을 나눕니다. 몰수를 얻기 위해 그램, 10g, 28로, 대략 0.4 몰의 질소가 될 것입니다.
   • 두 번째 가스의 경우 산소 (O₂), 각 원자의 원자량은 16입니다. 산소도 이원자이므로 16에 2를 곱하여 샘플의 산소 몰 질량이 32임을 확인합니다. 10g을 32로 나누면 산소가 약 0.3 몰이됩니다. 견본.
   • 세 번째 가스 인 이산화탄소 (CO₂), 3 개의 원자 : 탄소 1 개, 원자량 12 개; 그리고 두 개의 산소, 각각 원자량 16의 원자량. 우리는 세 가지 무게를 더합니다 : 몰 질량에 대해 12 + 16 + 16 = 44. 10g을 44로 나누면 약 0.2 몰의 이산화탄소가 생성됩니다.

4. 

   
   
   값을 몰, 부피 및 온도로 바꿉니다. 이제 방정식은 다음과 같습니다. P_합계 = (0.4 * R * 310/2) _질소 + (0.3 * R * 310/2) _산소 + (0.2 * R * 310/2) _{이산화탄소}.
   • 간단히하기 위해 값에 수반되는 측정 단위는 생략했습니다. 이러한 단위는 계산을 수행 한 후 취소되며 압력을보고하는 데 사용하는 측정 단위 만 남습니다.

5. 

   상수 R 값을 대체하십시오. 대기 중 부분 및 전체 압력을 찾을 수 있으므로 0.0821 atm L / K.mol의 R 값을 사용합니다. 방정식의 값을 대체하면 이제 P가됩니다._합계 =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _질소 + (0,3 *0,0821 * 310/2) _산소 + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{이산화탄소} .

6. 

   각 가스의 분압을 계산합니다. 이제 우리는 가치를 갖췄으므로 수학을 할 시간입니다.
   • 질소 분압의 경우 0.4 mol에 0.0821 상수와 310 K 온도를 곱한 다음 2 리터로 나눕니다 : 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5, 09 atm, 대략.
   • 부분 산소 압의 경우 0.3 mol에 0.0821 상수와 310 K 온도를 곱한 다음 2 리터로 나눕니다. 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3, 82 atm, 대략.
   • 이산화탄소 분압의 경우 0.2 mol에 0.0821 상수와 310K 온도를 곱한 다음 2 리터로 나눕니다. 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 atm, 대략.
   • 이제 총 압력을 찾기 위해 다음 압력을 추가합니다. P_합계 = 5.09 + 3.82 + 2.54 또는 약 11.45 atm.

3/3 부 : 총 압력 및 부분 압력 계산

1. 

   이전과 같이 부분 압력 방정식을 정의하십시오. 다시 말하지만, 2 리터 플라스크에 질소 (N₂), 산소 (O₂) 및 이산화탄소 (CO₂). 각 가스는 10g이며 플라스크의 각 가스 온도는 섭씨 37 도입니다.
   • 켈빈의 온도는 여전히 310이며, 이전과 마찬가지로 약 0.4 몰의 질소, 0.3 몰의 산소 및 0.2 몰의 이산화탄소가 있습니다.
   • 마찬가지로 대기에서 여전히 압력을 찾을 수 있으므로 상수 R에 대해 0.0821 atm L / K.mol 값을 사용합니다.
   • 따라서 우리의 분압 방정식은이 시점에서 여전히 동일하게 보입니다. P_합계 =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _질소 + (0,3 *0,0821 * 310/2) _산소 + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{이산화탄소}.

2. 

   가스 혼합물의 총 몰 수를 구하려면 샘플에있는 각 가스의 몰 수를 더하십시오. 가스의 각 샘플에 대해 부피와 온도가 동일하기 때문에 각 몰 값에 동일한 상수를 곱한 것은 말할 것도없고 수학의 분포 속성을 사용하여 방정식을 P로 다시 작성할 수 있습니다._합계 = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 mol의 가스 혼합물을 추가합니다. 이것은 P에 대한 방정식을 더욱 단순화합니다. _합계 = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   가스 혼합물의 총 압력을 계산하십시오. 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 mol을 곱하면 대략.

4. 

   전체 혼합물에서 각 가스의 비율을 찾으십시오. 이렇게하려면 각 가스의 몰 수를 총 몰 수로 나눕니다.
   • 0.4 mol의 질소가 있으므로 샘플의 0.4 / 0.9 = 0.44 (44 %) 정도입니다.
   • 0.3 mol의 질소가 있으므로 샘플의 0.3 / 0.9 = 0.33 (33 %) 정도입니다.
   • 0.2 mol의 이산화탄소가 있으므로 샘플의 0.2 / 0.9 = 0.22 (22 %) 정도입니다.
   • 위의 대략적인 백분율의 합이 0.99에 불과하지만 실제 소수가 반복되므로 실제 합계는 소수 이후에 일련의 9가 반복됩니다. 정의에 따라 이는 1 또는 100 %와 동일합니다.

5. 

   각 가스의 비례 값에 총 압력을 곱하여 부분 압력을 찾으십시오.
   • 0.44 * 11.45 = 5.04 atm을 곱하면 대략.
   • 약 0.33 * 11.45 = 3.78 atm을 곱합니다.
   • 0.22 * 11.45 = 2.52 atm을 곱하면 대략.

팁

• 먼저 부분 압력을 찾은 다음 총 압력을 찾은 다음 전체 압력을 찾은 다음 부분 압력을 찾아 값의 작은 차이를 알 수 있습니다. 주어진 값은 값을 이해하기 쉽도록 소수점 이하 한 자리 또는 두 자리로 반올림하여 대략적인 값으로 표시되었습니다. 반올림하지 않고 계산기를 사용하여 계산을 수행하면 두 방법 사이에 사소한 차이가 있음을 알 수 있습니다.

경고

• 부분 가스 압력에 대한 지식은 다이버의 삶과 죽음의 문제가 될 수 있습니다. 산소 분압이 너무 낮 으면 의식을 잃고 사망에이를 수 있으며 수소 또는 산소 분압이 너무 높으면 독성을 나타낼 수 있습니다.

필요한 자료

• 계산자;
• 원자량 / 몰 질량의 참고서.