Dalinio slėgio skaičiuoklė

Dalinio slėgio skaičiuoklė nustato slėgį, kurį vienos dujos sudaro dujų mišinyje. Ji taiko Daltono dėsnį: įvedus bendrąjį slėgį ir kiekvienų dujų molinę dalį, įrankis pateikia kiekvienų dujų dalį šiame slėgyje.

Kas yra dalinis slėgis?

Dujų mišinyje, pavyzdžiui, ore, yra kelios skirtingos dujos, esančios toje pačioje uždaroje erdvėje. Kiekvienos dujos spaudžia talpyklos sieneles taip, tarsi joje būtų vienos. Vienų dujų slėgis vadinamas jų daliniu slėgiu.

Anglų chemikas Johnas Daltonas šį reiškinį aprašė 1801. Jo taisyklė, dabar vadinama Daltono dalinių slėgių dėsniu, teigia, kad bendrasis dujų mišinio slėgis lygus slėgių, kuriuos kiekvienos dujos sukurtų atskirai, sumai:

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

Tai galioja idealioms dujoms – supaprastintam modeliui, kuriame dujų molekulės viena kitos netraukia ir nesąveikauja. Įprasto slėgio oras pakankamai gerai atitinka šį modelį, todėl dėsnis pateikia tikslius rezultatus.

Dalinio slėgio formulė

Vienų dujų dalinis slėgis lygus jų molinei daliai, padaugintai iš bendrojo slėgio:

$P_i = X_i \times P_{total}$

$P_i$ yra $i$ dujų dalinis slėgis.
$X_i$ yra $i$ dujų molinė dalis – skaičius nuo 0 iki 1.
$P_{total}$ yra bendrasis mišinio slėgis.

Molinė dalis – tai visų dujų dalelių dalis, tenkanti vienoms dujoms:

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

Čia $n_i$ yra $i$ dujų molių skaičius, o $n_{total}$ – bendras visų mišinio dujų molių skaičius. Kadangi kiekviena dujų dalelė priklauso kuriam nors komponentui, visų mišinio molinių dalių suma turi būti lygi 1.

Kaip apskaičiuoti dalinį slėgį: pavyzdys

Tarkime, uždaroje talpykloje yra dujų mišinys, kurio bendrasis slėgis yra 2 atmosferos (atm), o jį sudaro:

Deguonis (O₂): molinė dalis 0,21
Azotas (N₂): molinė dalis 0,78
Anglies dioksidas (CO₂): molinė dalis 0,01

Kiekvieną molinę dalį padauginkite iš bendrojo slėgio:

Deguonis: $0.21 \times 2 = 0.42$ atm
Azotas: $0.78 \times 2 = 1.56$ atm
Anglies dioksidas: $0.01 \times 2 = 0.02$ atm

Patikrinus, trijų dalinių slėgių suma vėl lygi bendrajam slėgiui: $0.42 + 1.56 + 0.02 = 2.00$ atm.

Tai svarbu praktikoje. Taikant hiperbarinę deguonies terapiją, gydytojai padidina bendrąjį slėgį, kuriuo pacientas kvėpuoja, todėl padidėja deguonies dalinis slėgis, nors deguonies procentinė dalis mišinyje nesikeičia. Didesnis deguonies dalinis slėgis skatina daugiau deguonies patekti į kraują.

Kaip naudoti dalinio slėgio skaičiuoklę

Įveskite bendrąjį mišinio slėgį ir pasirinkite jo vienetą: atmosferas (atm), kilopaskalius (kPa) arba gyvsidabrio stulpelio milimetrus (mmHg).
Nurodykite kiekvienas dujas ir įveskite jų molinę dalį. Norėdami pridėti kitas dujas, pasirinkite „Add Component“, o norėdami pašalinti dujas iš eilutės, pasirinkite „Clear“. Molinės dalys turi būti nuo 0 iki 1 ir visų komponentų suma, atsižvelgiant į nedidelę apvalinimo paklaidą, turi būti 1.
Rezultatai parodomi iškart, kai įrašai tampa tinkami. Atskiro skaičiavimo veiksmo nėra. Kiekvienoms dujoms pateikiama atskira rezultatų kortelė, reikšmė suapvalinama iki keturių skaitmenų po kablelio, o apačioje esanti stulpelinė diagrama rodo, kaip bendrasis slėgis pasiskirsto tarp dujų.
Pasirinkite „Copy Results“, kad nukopijuotumėte skaičius kaip paprastąjį tekstą laboratorijos ataskaitai ar skaičiuoklei.

Puslapis atidaromas su pavyzdiniu mišiniu: sausuoju oru, kurio slėgis yra 1 atm, deguonies molinė dalis 0,21, o azoto – 0,79. Norėdami į jį grįžti, pasirinkite „Reset“.

Skaičiuoklė patikrina įvestus duomenis prieš parodydama rezultatus. Ji rodo klaidą, jei bendrasis slėgis neįvestas, lygus nuliui arba neigiamas, jei kurio nors komponento pavadinimas nenurodytas arba jei molinių dalių suma nėra 1.

Slėgio vienetai

Vienetų parinkiklis tik nurodo skaičių vienetus, bet jų nekonvertuoja. Daliniai slėgiai pateikiami tuo pačiu vienetu, kuriuo įvestas bendrasis slėgis. Įveskite 760 ir pasirinkite mmHg – atsakymai bus pateikti mmHg. Įveskite 1 ir pasirinkite atm – atsakymai bus pateikti atm. Vėliau pakeitus parinkiklio reikšmę, rezultatų žymėjimas pasikeičia, bet jų mastelis nepakoreguojamas.

Daltono dėsnis galioja naudojant bet kurį slėgio vienetą, todėl konvertuoti nereikia, jei bendrasis slėgis įvestas tuo vienetu, kuriuo norima gauti atsakymus. Norint rankiniu būdu perskaičiuoti tarp šių trijų vienetų:

1 atm = 101,325 kPa
1 atm = 760 mmHg
1 kPa = 7,5006 mmHg

Chemijos kursuose paprastai naudojamos atmosferos. Medicinoje kraujo dujos dažniausiai nurodomos mmHg. Inžinerijos srityse dažnai naudojami kPa. Skaičiuoklėje nėra barų ir psi vienetų.

Kur naudojamas dalinis slėgis

Kvėpavimo fiziologija. Deguonis iš plaučių patenka į kraują, o anglies dioksidas juda priešinga kryptimi dėl dalinių slėgių skirtumų, o ne dėl bendrojo slėgio. Plaučiuose esančio oro deguonies dalinis slėgis paprastai yra maždaug 100 mmHg, o iš organizmo grįžtančiame kraujyje deguonies dalinis slėgis mažesnis, todėl deguonis teka į kraują pagal šį gradientą.

Chemijos inžinerija. Dujų fazėje vykstančių procesų, pavyzdžiui, amoniako sintezės, reakcijų greitis priklauso nuo reaguojančių dujų dalinių slėgių, o ne tik nuo bendrojo sistemos slėgio. Distiliavimo kolonų ir dujų separavimo įrangos projektuotojai taip pat tiesiogiai dirba su daliniais slėgiais.

Aplinkotyra. Anglies dioksido kiekis atmosferoje dabar viršija 420 milijonųjų dalių ir toliau didėja. Nors jo dalinis slėgis nedidelis, jis lemia didelę dalį papildomo su šiomis dujomis siejamo atšilimo. Ištirpusio deguonies kiekis ežeruose ir upėse taip pat priklauso nuo virš vandens esančiame ore esančio deguonies dalinio slėgio pagal ryšį, vadinamą Henrio dėsniu.

Kada Daltono dėsnis taikomas nepakankamai tiksliai

Daltono dėsnis daro prielaidą, kad dujų molekulės nesąveikauja. Ši prielaida nebegalioja esant aukštam slėgiui arba žemai temperatūrai, kai molekulės yra pakankamai arti viena kitos, kad tarpmolekulinės jėgos taptų svarbios. Pavyzdžiui, apdorojant gamtines dujas aukštu slėgiu dažnai reikia naudoti sudėtingesnį dydį – fugacity, o ne paprastą dalinį slėgį. Daltono dėsnis taip pat neaprašo skysčio garų slėgio, kuris priklauso nuo temperatūros ir pačios medžiagos, o ne nuo molinės dalies dujų mišinyje.

Dažnai užduodami klausimai

Kas yra Daltono dalinių slėgių dėsnis? Jis teigia, kad nereaguojančių dujų mišinio bendrasis slėgis lygus slėgių, kuriuos kiekvienos dujos sukurtų, jei esant tokiai pačiai temperatūrai vienos užpildytų visą talpyklą, sumai.

Kaip apskaičiuoti dujų dalinį slėgį? Dujų molinę dalį padauginkite iš bendrojo mišinio slėgio: $P_i = X_i \times P_{total}$ . Pavyzdžiui, dujų, kurių molinė dalis mišinyje yra 0,30, o mišinio slėgis – 4 atm, dalinis slėgis yra $0.30 \times 4 = 1.2$ atm.

Kodėl molinių dalių suma turi būti 1? Molinė dalis parodo, kokią visų dujų dalelių dalį sudaro vienas komponentas. Kadangi kiekviena dalelė priklauso kuriam nors komponentui, dalys turi apimti visą mišinį, todėl jų suma turi būti tiksliai 1.

Ar dalinis slėgis gali būti didesnis už bendrąjį slėgį? Ne. Molinė dalis negali viršyti 1, todėl vienų dujų dalis niekada negali būti didesnė už visumą. Jei skaičiuoklė nurodo, kad molinių dalių suma viršija 1, tikriausiai vietoj dešimtainės trupmenos buvo įvestas procentinis dydis, pavyzdžiui, 21 vietoj 0,21.

Kokius slėgio vienetus palaiko skaičiuoklė? Atmosferas (atm), kilopaskalius (kPa) ir gyvsidabrio stulpelio milimetrus (mmHg). Parinkiklis nurodo įvestų ir grąžinamų skaičių vienetą; jis nekonvertuoja vienetų ir nepalaiko barų ar psi.

Kuo skiriasi dalinis slėgis ir garų slėgis? Dalinis slėgis yra vienų dujų dalis bendrame mišinio slėgyje, priklausanti nuo molinės dalies. Garų slėgis – tai grynosios medžiagos garų sukuriamas slėgis, kai jie yra pusiausvyroje su tos medžiagos skysčiu arba kietąja medžiaga; jis priklauso tik nuo temperatūros.

Istorija

Johnas Daltonas dalinių slėgių dėsnį pasiūlė 1801, o jį paskelbė savo 1808 m. knygoje A New System of Chemical Philosophy. Jo darbas buvo plėtojamas kartu su kitais ankstyvaisiais dujų dėsniais, įskaitant Boilio dėsnį (1662), siejantį slėgį ir tūrį, bei Šarlio dėsnį (1787), siejantį tūrį ir temperatūrą. Kartu su Avogadro dėsniu (1811) šios idėjos padėjo suformuluoti idealiųjų dujų dėsnį $PV = nRT$ , kuris ir šiandien sudaro daugumos kasdienių dujų skaičiavimų pagrindą.

Dalinio slėgio skaičiuoklė | Dujų mišiniai ir Daltono dėsnis