Contenido

• Pasos
• Consejo
• Advertencia
• Que necesitas

En química, la "presión parcial" es la presión de cada gas en la mezcla de gases que actúa sobre el entorno circundante, como un tanque de gas de muestra en un laboratorio, el tanque de gas de un buceador o el espacio circundante. atmósfera. Puede calcular la presión de cada gas en la mezcla si conoce su masa, volumen y temperatura. Luego, agrega las presiones parciales para obtener la presión total de la mezcla de gas, o primero encuentra la presión total y luego la presión parcial.

Pasos

Parte 1 de 3: Comprender las propiedades de los gases

1. 

   Trate cada gas como un gas "ideal". En química, el gas ideal es aquel que interactúa con otros gases sin ser atraído por sus moléculas. Las moléculas de gas pueden chocar entre sí y rebotar como una bola de billar sin deformarse.
   • La presión de un gas ideal aumenta a medida que se comprime en un espacio más pequeño y disminuye a medida que se dispersa en un espacio más grande. Esta relación se conoce como Ley de Boyle (nombrada en honor al científico Robert Boyle). La fórmula matemática muestra que esta relación es k = P x V, o más simplemente k = PV, donde k es una relación constante entre presión y volumen, P es presión y V es un cuerpo. zona.
   • El problema se puede aplicar a la presión en una de muchas unidades diferentes. En ese pascal (Pa) se define como la fuerza de un newton que actúa sobre un metro cuadrado. Otra unidad es la atmósfera (atm), que se define como la presión de la atmósfera terrestre a una altitud igual al nivel del mar. La presión de 1 atm es 101,325 Pa.
   • La temperatura del gas ideal aumenta a medida que aumenta el volumen y disminuye a medida que disminuye el volumen. Esta relación se conoce como Ley de Charles (llamada así por el científico Jacques Charles). La fórmula matemática para esto es k = V / T, donde k es la relación constante entre volumen y temperatura, V es volumen y T es temperatura.
   • La temperatura del gas en esta ecuación se calcula en grados Kelvin y grados Kelvin sumando grados Celsius por 273.
   • Estas dos relaciones se pueden combinar en una sola ecuación: k = PV / T, o se pueden escribir como PV = kT.

2. 

   
   
   Define la unidad de masa utilizada para medir el gas. El gas tiene masa y volumen. Los volúmenes generalmente se miden en litros (l), pero hay dos masas de gas.
   • Las masas convencionales se miden en gramos o, si la masa es lo suficientemente grande, en kilogramos.
   • Dado que la mayoría de los gases son a menudo tan ligeros, también se miden con otra forma de masa llamada masa molar o masa molar. La masa molar se define como la suma de la masa atómica de cada átomo en la composición del gas, con la masa de cada átomo en comparación con la masa del carbono (valor 12).
   • Dado que los átomos y las moléculas son tan pequeños para calcular, la masa del gas se define en moles. El número de moles en una cantidad de gas se puede calcular dividiendo la masa del gas por su masa molar, y se indica con la letra n.
   • Podemos sustituir cualquier constante k en la ecuación del gas con el producto de n, el número de moles y una nueva constante R. Ahora tenemos la ecuación nR = PV / T o PV = nRT.
   • El valor R depende de la unidad utilizada para medir la presión, el volumen y la temperatura del gas. Si el volumen está en litros, la temperatura en grados Kelvin y la presión en atmósferas, esto es 0.0821 L atm / K mol. También puede escribir 0.0821 L atm K mol para evitar tener que usar la barra de la división en unidades de medida.

3. 

   
   
   Ley de presión parcial de Dalton. Esta ley fue propuesta por el químico y físico John Dalton, quien presentó por primera vez el concepto de un elemento químico formado por átomos. La ley de Dalton establece que la presión total de la mezcla de gases es la presión total de cada gas en la mezcla.
   • La ley de Dalton se puede escribir en la ecuación después de P_total = P₁ + P₂ + P₃ ... con la cantidad de presión P igual al número de gases en la mezcla.
   • La ecuación de la ley de Dalton se puede desarrollar cuando se trata de gases cuya presión parcial se desconoce, pero cuyo volumen y temperatura se conocen. La presión parcial de un gas es la presión ejercida por la misma cantidad de gas en un tanque que lo contiene solo.
   • Para cada presión parcial, podemos reescribir la ecuación del gas ideal PV = nRT a una forma que tenga P solo en el lado izquierdo del signo igual. Entonces, tenemos que dividir los dos lados por V: PV / V = ​​nRT / V. Las dos V del lado izquierdo se eliminan, dejando P = nRT / V al final.
   • Luego reemplace esta fórmula con cada letra P en el lado derecho de la ecuación de presión parcial: P_total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …
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Parte 2 de 3: Calcule la presión parcial, luego la presión total

1. 

   
   
   
   
   Determine las ecuaciones de presión parcial para los problemas dados. Para ilustrar este cálculo, suponga que tenemos una botella de 2 litros que contiene 3 gases: nitrógeno (N₂), oxígeno (O₂) y dióxido de carbono (CO₂). Cada gas tiene 10 gy la temperatura de cada gas en el cilindro es de 37 grados C. Necesitamos encontrar la presión parcial de cada gas y la presión total de la mezcla de gases que actúa sobre el cilindro.
   • La ecuación de presión parcial se escribe como sigue P_total = P_Nitrógeno + P_oxígeno + P_{dióxido de carbono}.
   • Como buscamos la presión de cada gas, conocemos el volumen, la temperatura y podemos encontrar el número de moles de cada gas en función de su masa, esta ecuación se reescribe como: P_total = (nRT / V) _Nitrógeno + (nRT / V) _oxígeno + (nRT / V) _{dióxido de carbono}

2. 

   
   
   Convierta la temperatura a grados Kelvin. La temperatura de los gases es de 37 grados Celsius, por lo que sumamos 37 más 273 para obtener 310 grados K.

3. 

   Calcula la cantidad de moles de cada gas en la botella. El número de moles de gas es la masa del gas dividida por su masa molar, donde la masa molar es la masa total de cada átomo que forma la sustancia.
   • Para el primer gas, el nitrógeno tiene la fórmula molecular (N₂), cada átomo tiene una masa 14. Como la molécula de nitrógeno tiene dos átomos, debemos multiplicar 14 por 2 para obtener la masa molecular del nitrógeno 28, luego dividir la masa en gramos por 10g. dé 28 para obtener el número de moles, redondee el resultado a aproximadamente 0,4 moles de gas nitrógeno.
   • Para el segundo gas, el oxígeno tiene la fórmula molecular (O₂), cada átomo tiene una masa de 16. La molécula de oxígeno también tiene dos átomos, debemos multiplicar 16 por 2 para obtener una masa de la molécula de oxígeno de 32. Dividir 10g por 32 da un resultado aproximado. 0,3 mol de oxígeno en botella.
   • Un tercer gas es la fórmula dióxido de carbono (CO₂), hay 3 átomos: un átomo de carbono con masa 12, dos átomos de oxígeno con cada átomo de masa 16. Sumamos la masa de tres átomos: 12 + 16 + 16 = 44 es masa molécula. Dividir 10 g por 44 da aproximadamente 0,2 moles de dióxido de carbono.

4. 

   
   
   Inserte los valores de mol, volumen y temperatura en la ecuación. Ahora la ecuación se ve así: P_total = (0.4 * R * 310/2) _Nitrógeno + (0,3 * R * 310/2) _oxígeno + (0,2 * R * 310/2) _{dióxido de carbono}.
   • Para simplificar, omitimos la unidad de medida de los valores. Estas unidades se destruirán después de que resuelva la ecuación, dejando solo la unidad de medida del resultado en la presión.

5. 

   Reemplaza el valor de la constante R. Calcularemos los resultados de la presión parcial y total en atmósferas, por lo que usaremos un valor R de 0.0821 L atm / K mol. Al poner este valor en la ecuación se obtiene P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Nitrógeno + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oxígeno + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{dióxido de carbono}.

6. 

   Calcula la presión parcial de cada gas. Ahora que hemos conectado nuestros valores, lo siguiente que debemos hacer es resolverlo.
   • Para la presión parcial de nitrógeno, multiplique 0.4 mol por la constante 0.0821 y la temperatura 310 grados K, luego divida por 2 litros: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5,09 atm (aprox.).
   • Para la presión parcial de oxígeno, multiplique 0.3 mol por la constante 0.0821 y la temperatura 310 grados K, luego divida por 2 litros: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3,82 atm (aprox.).
   • Para la presión parcial del dióxido de carbono, multiplique 0.2 mol por la constante 0.0821 y la temperatura 310 grados K, luego divida por 2 litros: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2,54 atm (aprox.).
   • Ahora sume estas presiones para encontrar la presión total: P_total = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 atm (aprox.).
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Parte 3 de 3: Calcule la presión total, luego la presión parcial

1. 

   Determine la ecuación de presión parcial como se indicó anteriormente. Nuevamente, suponga que tenemos una botella de 2 litros que contiene 3 gases: nitrógeno (N₂), oxígeno (O₂) y dióxido de carbono (CO₂). Cada gas tiene 10 gy la temperatura de cada gas en el cilindro es de 37 grados Celsius.
   • La temperatura Kelvin sigue siendo de 310 grados, y al igual que la anterior, tenemos aproximadamente 0,4 moles de nitrógeno, 0,3 moles de oxígeno y 0,2 moles de dióxido de carbono.
   • De manera similar, calcularemos los resultados bajo atmósfera, por lo que usaremos un valor R de 0.0821 L atm / K mol.
   • En este punto, la ecuación de presión parcial permanece: P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _Nitrógeno + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oxígeno + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{dióxido de carbono}.

2. 

   Sume el número de moles de cada gas en el cilindro para encontrar el total de moles de la mezcla de gases. Dado que los volúmenes y temperaturas de los gases en el cilindro son los mismos, y la masa molecular de cada gas también se multiplica por la misma constante, podemos usar la propiedad distributiva de las matemáticas para reescribir la ecuación. El proceso es P_total = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Agregue 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 moles de mezcla de gases. La ecuación se reduce aún más a P_total = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Encuentre la presión total de la mezcla de gases. Tome 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 mol (aprox.).

4. 

   Calcula la proporción de cada gas que forma la mezcla. Divide el número de moles por gas por el total de moles de la mezcla de gases.
   • Tenemos 0,4 moles de nitrógeno, por lo que tomamos 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) en la mezcla de gases (aprox.).
   • Tenemos 0.3 mol de oxígeno, por lo que tomamos 0.3 / 0.9 = 0.33 (33%) en la mezcla de gases (aprox).
   • Tenemos 0,2 moles de dióxido de carbono, por lo que tomamos 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) en la mezcla de gases (aprox.).
   • Aunque los porcentajes aproximados anteriores suman solo 0,99, en realidad, los decimales se siguen repitiendo, y la suma es una serie de 9 después de la coma. Por definición, esto equivale al 1 o al 100 por ciento.

5. 

   Multiplique la relación de masa por gas por la presión total para encontrar la presión parcial.
   • Tome 0.44 * 11.45 = 5.04 atm (aproximadamente).
   • Tome 0.33 * 11.45 = 3.78 atm (aprox.).
   • Tome 0.22 * 11.45 = 2.52 atm (aprox.).
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Consejo

• Notará una ligera discrepancia entre el cálculo de la presión parcial y el cálculo de la presión parcial primero y el cálculo de la presión parcial. Recuerde que los valores calculados son solo números aproximados, ya que redondeamos a 1 o 2 números después de comas para simplificarlos.Si usamos una calculadora para realizar cálculos sin redondeo, la desviación entre estos dos métodos es aún menor, incluso si no hay desviación.

Advertencia

• Para los buceadores, el conocimiento de la presión parcial del gas es especialmente importante ya que está relacionado con su vida. Una presión parcial de oxígeno demasiado baja puede provocar la pérdida del conocimiento o la muerte, mientras que una presión parcial de nitrógeno u oxígeno demasiado alta puede provocar intoxicación.

Que necesitas

• Ordenador portátil
• Libro de referencia para masa atómica / masa molar