مقدمه
فشار جزئی مفهومی در ترمودینامیک و شیمی است که به فشار اعمال شده توسط یک جزء مجزا از مخلوطی از گازها اشاره دارد. این فشار فرضی است که اگر جزء همان حجم را به تنهایی در همان دما اشغال کند، اعمال می کند. محاسبه فشار جزئی در کاربردهای مختلف علمی و صنعتی مانند مخلوط گازها، مطالعات جوی و واکنش های شیمیایی مهم است.
برای محاسبه فشار جزئی یک جزء گاز در یک مخلوط، باید فشار کل سیستم و کسر مولی یا کسر حجمی جزء گاز را بدانید. کسر مولی نسبت مول های جزء گاز به کل مول های تمام اجزای مخلوط است، در حالی که کسر حجمی نسبت حجمی است که جزء گاز اشغال می کند به حجم کل مخلوط.
راه حل گام به گام
برای محاسبه فشار جزئی مراحل زیر را دنبال کنید:
مرحله 1: جمع آوری اطلاعات اطلاعات لازم برای محاسبه را به دست آورید:
- فشار کل سیستم (P_total)
- کسر مول (X) یا کسر حجمی (V) جزء گاز
مرحله 2: تعیین کسر مول یا کسر حجمی تعیین کنید که آیا داده‌های کسر مول یا کسر حجمی در دسترس دارید. کسر مول معمولا با X نشان داده می شود، در حالی که کسر حجمی با V نشان داده می شود.
اگر کسر مول (X) دارید:
- مطمئن شوید که همه کسرهای مول برای همه اجزای مخلوط تا 1 جمع شوند.
- اگر کسر مولی ندارید، با استفاده از ضرایب تبدیل مناسب، درصد جرم یا حجم را به کسرهای مول تبدیل کنید.
اگر کسر حجمی (V) دارید:
- مطمئن شوید که همه کسرهای حجمی برای همه اجزای مخلوط به 1 اضافه می‌شوند.
- اگر کسر حجمی ندارید، با استفاده از ضرایب تبدیل مناسب، درصد جرم یا مول را به کسر حجمی تبدیل کنید.
مرحله 3: محاسبه مول یا حجم با استفاده از کسر مول یا کسر حجمی، مول یا حجم جزء گاز در مخلوط را محاسبه کنید.
اگر کسر مول (X) دارید:
- کسر مولی جزء گاز (X_gas) را در تعداد کل مولهای سیستم (n_total) ضرب کنید: مولهای جزء گاز (n_gas) = X_gas * n_total
اگر کسر حجمی (V) دارید:
- کسر حجمی جزء گاز (V_gas) را در حجم کل سیستم (V_total) ضرب کنید: حجم جزء گاز (V_gas) = V_gas * V_total
مرحله 4: محاسبه فشار جزئی با استفاده از مول یا حجم جزء گاز، فشار جزئی را محاسبه کنید.
اگر مولهای جزء گاز (n_gas) دارید:
- از معادله قانون گاز ایده آل برای محاسبه فشار جزئی استفاده کنید: فشار جزئی جزء گاز (P_gas) = n_gas R T / V_total که در آن R ثابت گاز ایده آل و T دما بر حسب کلوین است.
اگر حجم جزء گاز (V_gas) دارید:
- از معادله قانون گاز ایده آل برای محاسبه فشار جزئی استفاده کنید: فشار جزئی جزء گاز (P_gas) = V_gas * P_total / V_total
مرحله 5: برای سایر اجزاء تکرار کنید اگر چندین جزء در مخلوط وجود دارد، مراحل 3 و 4 را برای هر جزء تکرار کنید تا فشار جزئی مربوطه را محاسبه کنید.
مرحله 6: مجموع فشارهای جزئی همه فشارهای جزئی محاسبه شده در مرحله 5 را برای بدست آوردن فشار کل سیستم جمع کنید: فشار کل سیستم = P_gas1 + P_gas2 + … + P_gasN
مثال محاسبه
بیایید مثالی را برای نشان دادن نحوه محاسبه فشار جزئی در نظر بگیریم:
فرض کنید مخلوطی از گازها با فشار کل 5 اتمسفر داریم. کسر مولی اکسیژن (O2)، نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن (CO2) در این مخلوط به ترتیب 0.3، 0.6 و 0.1 است.
مرحله 1: جمع آوری اطلاعات
- فشار کل سیستم (P_total) = 5 atm
- کسرهای مول: X_O2 = 0.3، X_N2 = 0.6، X_CO2 = 0.1
مرحله 2: تعیین کسر مول از آنجایی که ما کسرهای مولی در دسترس داریم، می توانیم محاسبه را ادامه دهیم.
مرحله 3: محاسبه مول ها ما باید مول هر یک از اجزای گاز در مخلوط را محاسبه کنیم.
- مولهای اکسیژن (n_O2) = X_O2 * n_total
- مول نیتروژن (n_N2) = X_N2 * n_total
- مول دی اکسید کربن (n_CO2) = X_CO2 * n_total
مرحله 4: محاسبه فشار جزئی با استفاده از معادله قانون گاز ایده آل، می توانیم فشارهای جزئی را محاسبه کنیم.
- فشار جزئی اکسیژن (P_O2) = n_O2 R T / V_total
- فشار جزئی نیتروژن (P_N2) = n_N2 R T / V_total
- فشار جزئی دی اکسید کربن (P_CO2) = n_CO2 R T/ V_total
مرحله 5: مجموع فشارهای جزئی کل فشار سیستم به صورت زیر بدست می آید: فشار کل سیستم = P_O2 + P_N2 + P_CO2
3 انتشارات مرجع معتبر یا نام دامنه مورد استفاده در پاسخ به این سوال
- Chemistry LibreTexts: یک منبع آنلاین جامع برای آموزش شیمی، ارائه اطلاعات قابل اعتماد و بررسی شده در مورد موضوعات مختلف مرتبط با شیمی.
- خان آکادمی: یک وب سایت آموزشی با طیف گسترده ای از آموزش ها و درس ها در مورد موضوعات مختلف، از جمله شیمی و ترمودینامیک.
- ChemGuide: وب‌سایتی اختصاص داده شده به توضیح اصول و مفاهیم شیمی، ارائه اطلاعات عمیق در مورد موضوعات مختلف، از جمله محاسبات فشار جزئی.
