આંશિક દબાણ કેલ્ક્યુલેટર

આંશિક દબાણ કેલ્ક્યુલેટર વાયુઓના મિશ્રણમાં એક વાયુ કેટલું દબાણ આપે છે તે શોધે છે. તે ડાલ્ટનનો નિયમ વાપરે છે: કુલ દબાણ અને દરેક વાયુનો મોલ અંશ દાખલ કરો, અને સાધન તે દબાણમાં દરેક વાયુનો હિસ્સો આપે છે.

આંશિક દબાણ શું છે?

હવા જેવા વાયુના મિશ્રણમાં એક જ જગ્યા અંદર બંધાયેલા અનેક અલગ વાયુઓ હોય છે. દરેક વાયુ, જાણે તે એકલો જ હોય તેમ, તેના પાત્રની દિવાલો પર દબાણ કરે છે. એક જ વાયુ દ્વારા કરાતું દબાણ તેનું આંશિક દબાણ કહેવાય છે.

અંગ્રેજ રસાયણશાસ્ત્રી જ્હોન ડાલ્ટને આ વર્તનનું વર્ણન 1801માં કર્યું હતું. તેમનો નિયમ, જેને હવે આંશિક દબાણોનો ડાલ્ટનનો નિયમ કહેવામાં આવે છે, જણાવે છે કે વાયુના મિશ્રણનું કુલ દબાણ દરેક વાયુ પોતે અલગ હોય ત્યારે જે દબાણ કરે તેના સરવાળા બરાબર હોય છે:

$P_{total} = P_1 + P_2 + P_3 + \dots + P_n$

આ વાત આદર્શ વાયુ માટે લાગુ પડે છે; આદર્શ વાયુ એક એવું સરળ મોડેલ છે જેમાં વાયુના અણુઓ એકબીજાને આકર્ષતા કે પરસ્પર ક્રિયા કરતા નથી. દૈનિક દબાણે હવા આ મોડેલની એટલી નજીક વર્તે છે કે આ નિયમ ચોક્કસ પરિણામો આપે છે.

આંશિક દબાણનું સૂત્ર

એક વાયુનું આંશિક દબાણ તેના મોલ અંશને કુલ દબાણથી ગુણાકારવા બરાબર હોય છે:

$P_i = X_i \times P_{total}$

• $P_i$ વાયુ $i$નું આંશિક દબાણ છે.
• $X_i$ વાયુ $i$નો મોલ અંશ છે, જે 0 અને 1 વચ્ચેની સંખ્યા છે.
• $P_{total}$ મિશ્રણનું કુલ દબાણ છે.

મોલ અંશ એ તમામ વાયુકણોમાંથી એક વાયુના હિસ્સાનું પ્રમાણ છે:

$X_i = \frac{n_i}{n_{total}}$

અહીં $n_i$ વાયુ $i$ના મોલની સંખ્યા છે, અને $n_{total}$ મિશ્રણમાં રહેલા તમામ વાયુઓના મોલની સંયુક્ત સંખ્યા છે. દરેક વાયુકણ કોઈ ને કોઈ ઘટકનું હોય છે, તેથી મિશ્રણમાંના તમામ મોલ અંશોનો સરવાળો 1 થવો જોઈએ.

આંશિક દબાણની ગણતરી કેવી રીતે કરવી: ઉદાહરણ

માનો કે એક બંધ ટાંકીમાં 2 વાતાવરણ (atm)ના કુલ દબાણે વાયુનું મિશ્રણ છે, જેમાં નીચેના વાયુઓ છે:

• ઑક્સિજન (O₂): મોલ અંશ 0.21
• નાઇટ્રોજન (N₂): મોલ અંશ 0.78
• કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO₂): મોલ અંશ 0.01

દરેક મોલ અંશને કુલ દબાણથી ગુણો:

1. ઑક્સિજન: $0.21 \times 2 = 0.42$ atm
2. નાઇટ્રોજન: $0.78 \times 2 = 1.56$ atm
3. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ: $0.01 \times 2 = 0.02$ atm

ચકાસણી તરીકે, ત્રણેય આંશિક દબાણોનો સરવાળો ફરી કુલ દબાણ જેટલો થાય છે: $0.42 + 1.56 + 0.02 = 2.00$ atm.

વ્યવહારમાં આ બાબત મહત્વની છે. હાઇપરબેરિક ઑક્સિજન સારવારમાં ડૉક્ટરો દર્દી શ્વાસ લે છે તે કુલ દબાણ વધારે છે, જેના કારણે વાયુના મિશ્રણમાં ઑક્સિજનની ટકાવારી સમાન રહેવા છતાં ઑક્સિજનનું આંશિક દબાણ વધે છે. વધુ આંશિક ઑક્સિજન દબાણ રક્તમાં વધુ ઑક્સિજન પહોંચાડે છે.

આંશિક દબાણ કેલ્ક્યુલેટરનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો

1. મિશ્રણનું કુલ દબાણ દાખલ કરો અને તે કયા એકમમાં દર્શાવાયું છે તે પસંદ કરો: વાતાવરણ (atm), કિલોપાસ્કલ (kPa), અથવા પારોના મિલીમીટર (mmHg).
2. દરેક વાયુનું નામ લખો અને તેનો મોલ અંશ દાખલ કરો. વધુ એક વાયુ માટે "Add Component" પસંદ કરો, અથવા તેને દૂર કરવા પંક્તિમાં "Clear" પસંદ કરો. મોલ અંશો 0 અને 1 વચ્ચે હોવા જોઈએ અને તમામ ઘટકો માટે તેમનો સરવાળો થોડા રાઉન્ડિંગ તફાવતની મર્યાદામાં 1 થવો જોઈએ.
3. દાખલ કરેલી વિગતો માન્ય થતાં જ પરિણામો દેખાય છે. અલગથી ગણતરી કરવાનું પગલું નથી. દરેક વાયુ માટે ચાર દશાંશ સ્થાનો સુધી દર્શાવેલું પોતાનું પરિણામ કાર્ડ મળે છે, અને નીચેનો બાર ચાર્ટ કુલ દબાણ વાયુઓમાં કેવી રીતે વહેંચાય છે તે બતાવે છે.
4. પ્રયોગશાળાના અહેવાલ અથવા સ્પ્રેડશીટ માટે સંખ્યાઓ સાદા લખાણ તરીકે નકલ કરવા "Copy Results" પસંદ કરો.

પાનું નમૂનાના મિશ્રણ સાથે ખુલે છે: 1 atmનું શુષ્ક હવા મિશ્રણ, જેમાં ઑક્સિજન 0.21 અને નાઇટ્રોજન 0.79 છે. તેમાં પાછા જવા "Reset" પસંદ કરો.

પરિણામો બતાવતાં પહેલાં કેલ્ક્યુલેટર ઇનપુટની ચકાસણી કરે છે. કુલ દબાણ ખાલી, શૂન્ય અથવા ઋણ હોય, કોઈ ઘટકનું નામ ન હોય, અથવા મોલ અંશોનો સરવાળો 1 ન થતો હોય તો તે ભૂલ દર્શાવે છે.

દબાણના એકમો

એકમ પસંદગીકાર સંખ્યાઓના એકમનું નામ દર્શાવે છે; તે તેમનું રૂપાંતર કરતો નથી. આંશિક દબાણો દાખલ કરાયેલા કુલ દબાણના એ જ એકમમાં મળે છે. 760 દાખલ કરીને mmHg પસંદ કરશો તો જવાબો mmHgમાં હશે. 1 દાખલ કરીને atm પસંદ કરશો તો જવાબો atmમાં હશે. ત્યારબાદ પસંદગીકાર બદલવાથી પરિણામોના એકમનું નામ બદલાય છે, પરંતુ સંખ્યાઓનું માપન બદલાતું નથી.

ડાલ્ટનનો નિયમ કોઈપણ દબાણના એકમમાં લાગુ પડે છે, તેથી જવાબો માટે ઇચ્છિત એકમમાં કુલ દબાણ દાખલ કરેલું હોય તો રૂપાંતરની જરૂર નથી. ત્રણેય એકમો વચ્ચે હાથથી રૂપાંતર કરવા માટે:

• 1 atm = 101.325 kPa
• 1 atm = 760 mmHg
• 1 kPa = 7.5006 mmHg

રસાયણશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમોમાં સામાન્ય રીતે વાતાવરણ એકમ વપરાય છે. તબીબી ક્ષેત્રમાં રક્ત વાયુઓનું દબાણ mmHgમાં દર્શાવવાનું વલણ છે. ઇજનેરી ક્ષેત્રોમાં ઘણી વાર kPa વપરાય છે. કેલ્ક્યુલેટર bar અથવા psi આપતું નથી.

આંશિક દબાણનો ઉપયોગ ક્યાં થાય છે

શ્વસન શરીરવિજ્ઞાન. કુલ દબાણને કારણે નહીં, પરંતુ આંશિક દબાણના તફાવતને કારણે ઑક્સિજન ફેફસાંમાંથી રક્તમાં જાય છે અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ વિરુદ્ધ દિશામાં જાય છે. ફેફસાંની હવામાં ઑક્સિજનનું આંશિક દબાણ સામાન્ય રીતે આશરે 100 mmHg હોય છે, જ્યારે શરીરમાંથી પાછું આવતું રક્ત ઓછા આંશિક દબાણે ઑક્સિજન ધરાવે છે; તેથી તે ઢાળને અનુસરી ઑક્સિજન રક્તમાં પ્રવેશે છે.

રસાયણ ઇજનેરી. એમોનિયા સંશ્લેષણ જેવી વાયુ-અવસ્થા પ્રક્રિયાઓમાં પ્રતિક્રિયાના દરો માત્ર પ્રણાલીના કુલ દબાણ પર નહીં, પરંતુ પ્રતિક્રિયા કરતા વાયુઓના આંશિક દબાણો પર આધારિત હોય છે. નિસ્યંદન સ્તંભો અને વાયુ વિભાજન સાધનોની રચના કરનારા ઇજનેરો પણ આંશિક દબાણો સાથે સીધું કામ કરે છે.

પર્યાવરણીય વિજ્ઞાન. વાતાવરણીય કાર્બન ડાયોક્સાઇડ હવે 420 પાર્ટ્સ પ્રતિ મિલિયનથી વધુ છે અને હજુ વધી રહ્યો છે. તેનું આંશિક દબાણ નાનું હોવા છતાં, આ વાયુ સાથે સંકળાયેલા વધારાના ઉષ્ણતાવર્ધનને તે મોટા પ્રમાણમાં ચલાવે છે. સરોવરો અને નદીઓમાં ઓગળેલો ઑક્સિજન પણ પાણી ઉપરની હવામાં ઑક્સિજનના આંશિક દબાણ પર આધારિત છે; આ સંબંધને હેનરીનો નિયમ કહેવામાં આવે છે.

ડાલ્ટનનો નિયમ સારી રીતે લાગુ ન પડે ત્યારે

ડાલ્ટનનો નિયમ માને છે કે વાયુના અણુઓ પરસ્પર ક્રિયા કરતા નથી. ઊંચા દબાણે અથવા નીચા તાપમાને આ ધારણા ખોટી પડે છે, કારણ કે અણુઓ એટલા નજીક ગોઠવાયેલા હોય છે કે આંતરઅણુક બળો મહત્વના બની જાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઊંચા દબાણે કુદરતી વાયુની પ્રક્રિયામાં સાદા આંશિક દબાણને બદલે ઘણી વાર ફ્યુગેસિટી નામની વધુ પ્રગતિશીલ રાશિ જરૂરી બને છે. ડાલ્ટનનો નિયમ પ્રવાહીના બાષ્પદબાણનું પણ વર્ણન કરતો નથી; તે વાયુના મિશ્રણમાંના મોલ અંશને બદલે તાપમાન અને પદાર્થ પર આધારિત હોય છે.

વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો

આંશિક દબાણોનો ડાલ્ટનનો નિયમ શું છે? તે જણાવે છે કે એકબીજા સાથે પ્રતિક્રિયા ન કરતા વાયુઓના મિશ્રણમાં કુલ દબાણ એ જ તાપમાને દરેક વાયુ એકલો પાત્ર ભરે ત્યારે જે દબાણ કરે તેના સરવાળા બરાબર હોય છે.

હું વાયુના આંશિક દબાણની ગણતરી કેવી રીતે કરું? વાયુના મોલ અંશને મિશ્રણના કુલ દબાણથી ગુણો: $P_i = X_i \times P_{total}$. ઉદાહરણ તરીકે, 4 atmના મિશ્રણમાં મોલ અંશ 0.30 ધરાવતા વાયુનું આંશિક દબાણ $0.30 \times 4 = 1.2$ atm હશે.

મોલ અંશોનો સરવાળો 1 શા માટે થવો જોઈએ? મોલ અંશ તમામ વાયુકણોમાંથી એક ઘટકનો હિસ્સો માપે છે. દરેક કણ કોઈ ને કોઈ ઘટકનું હોવાથી, આ હિસ્સાઓએ સમગ્ર મિશ્રણને આવરી લેવું જોઈએ; તેથી તેમનો સરવાળો ચોક્કસપણે 1 થાય છે.

શું આંશિક દબાણ કુલ દબાણ કરતાં વધારે હોઈ શકે? ના. મોલ અંશ 1 કરતાં વધુ ન હોઈ શકે, તેથી એક વાયુનો હિસ્સો સમગ્ર મિશ્રણ કરતાં ક્યારેય વધુ હોઈ શકે નહીં. જો કેલ્ક્યુલેટર દર્શાવે કે મોલ અંશોનો સરવાળો 1 કરતાં વધુ છે, તો સંભવતઃ દશાંશને બદલે ટકાવારી દાખલ થઈ છે, જેમ કે 21, 0.21ને બદલે.

કેલ્ક્યુલેટર કયા દબાણના એકમોને આધાર આપે છે? વાતાવરણ (atm), કિલોપાસ્કલ (kPa), અને પારોના મિલીમીટર (mmHg). પસંદગીકાર દાખલ કરેલી અને પરત આપેલી સંખ્યાઓના એકમનું નામ દર્શાવે છે; તે એકમો વચ્ચે રૂપાંતર કરતો નથી અને bar અથવા psi પણ આપતો નથી.

આંશિક દબાણ અને બાષ્પદબાણ વચ્ચે શું તફાવત છે? આંશિક દબાણ મિશ્રણમાંના કુલ દબાણમાં એક વાયુનો હિસ્સો છે અને તે મોલ અંશ પર આધારિત છે. બાષ્પદબાણ એ શુદ્ધ પદાર્થનો બાષ્પ તેના પોતાના પ્રવાહી અથવા ઘન પદાર્થ સાથે સમતુલનમાં હોય ત્યારે કરતું દબાણ છે અને તે માત્ર તાપમાન પર આધારિત છે.

ઇતિહાસ

જ્હોન ડાલ્ટને આંશિક દબાણોનો નિયમ 1801માં રજૂ કર્યો અને તેને પોતાના 1808ના પુસ્તક, A New System of Chemical Philosophy,માં પ્રકાશિત કર્યો. તેમનું કાર્ય બોયલના નિયમ (1662), જે દબાણ અને આયતન વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે, અને ચાર્લ્સના નિયમ (1787), જે આયતન અને તાપમાન વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે, સહિતના અન્ય પ્રારંભિક વાયુ નિયમોની સાથે આગળ વધ્યું. અવોગાડ્રોના નિયમ (1811) સાથે મળીને આ વિચારો આદર્શ વાયુના નિયમ તરફ દોરી ગયા, $PV = nRT$, જે આજે પણ મોટાભાગની દૈનિક વાયુ ગણતરીઓનો આધાર છે.