Kalkulator Tekanan Separa

Kalkulator tekanan separa menentukan tekanan yang disumbangkan oleh satu gas dalam campuran gas. Ia menggunakan hukum Dalton: masukkan tekanan keseluruhan dan pecahan mol setiap gas, lalu alat ini memulangkan bahagian tekanan bagi setiap gas.

Apakah tekanan separa?

Campuran gas, seperti udara, mengandungi beberapa gas berbeza yang dimeterai dalam ruang yang sama. Setiap gas menekan dinding bekasnya seolah-olah gas itu sahaja yang berada di dalamnya. Tekanan daripada satu gas tunggal disebut tekanan separanya.

John Dalton, seorang ahli kimia Inggeris, menghuraikan tingkah laku ini pada 1801. Hukum beliau, yang kini dikenali sebagai hukum tekanan separa Dalton, menyatakan bahawa tekanan keseluruhan campuran gas adalah sama dengan jumlah tekanan yang akan dikenakan oleh setiap gas secara berasingan:

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

Hal ini berlaku bagi gas ideal, iaitu model dipermudah yang menganggap molekul gas tidak saling menarik atau berinteraksi. Udara pada tekanan harian cukup hampir dengan model ini sehingga hukum tersebut memberikan hasil yang tepat.

Formula tekanan separa

Tekanan separa satu gas adalah sama dengan pecahan molnya didarab dengan tekanan keseluruhan:

$P_i = X_i \times P_{total}$

$P_i$ ialah tekanan separa gas $i$ .
$X_i$ ialah pecahan mol gas $i$ , iaitu nombor antara 0 dengan 1.
$P_{total}$ ialah tekanan keseluruhan campuran.

Pecahan mol ialah bahagian daripada semua zarah gas yang terdiri daripada satu gas:

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

Di sini, $n_i$ ialah bilangan mol gas $i$ , manakala $n_{total}$ ialah jumlah mol semua gas dalam campuran. Oleh sebab setiap zarah gas tergolong dalam salah satu komponen, semua pecahan mol dalam campuran mestilah berjumlah 1.

Cara mengira tekanan separa: contoh

Katakan sebuah tangki tertutup mengandungi campuran gas pada tekanan keseluruhan 2 atmosfera (atm), yang terdiri daripada:

Oksigen (O₂): pecahan mol 0.21
Nitrogen (N₂): pecahan mol 0.78
Karbon dioksida (CO₂): pecahan mol 0.01

Darabkan setiap pecahan mol dengan tekanan keseluruhan:

Oksigen: $0.21 \times 2 = 0.42$ atm
Nitrogen: $0.78 \times 2 = 1.56$ atm
Karbon dioksida: $0.01 \times 2 = 0.02$ atm

Sebagai semakan, ketiga-tiga tekanan separa itu apabila dijumlahkan kembali memberikan tekanan keseluruhan: $0.42 + 1.56 + 0.02 = 2.00$ atm.

Hal ini penting dalam amalan. Dalam terapi oksigen hiperbarik, doktor meningkatkan tekanan keseluruhan yang disedut oleh pesakit, lalu meningkatkan tekanan separa oksigen walaupun peratusan oksigen dalam campuran gas kekal sama. Tekanan separa oksigen yang lebih tinggi menolak lebih banyak oksigen masuk ke dalam darah.

Cara menggunakan kalkulator tekanan separa

Masukkan tekanan keseluruhan campuran dan pilih unit yang digunakan: atmosfera (atm), kilopascal (kPa) atau milimeter merkuri (mmHg).
Namakan setiap gas dan masukkan pecahan molnya. Pilih "Add Component" untuk menambah gas lain, atau "Clear" pada satu baris untuk membuangnya. Pecahan mol mestilah antara 0 dengan 1, dan jumlahnya bagi semua komponen mestilah 1, dalam had toleransi pembundaran kecil.
Keputusan dipaparkan sebaik sahaja semua entri sah. Tiada langkah pengiraan berasingan. Setiap gas mendapat kad keputusan sendiri, dibundarkan kepada empat tempat perpuluhan, dan carta bar di bawahnya menunjukkan pembahagian tekanan keseluruhan antara gas-gas tersebut.
Pilih "Copy Results" untuk menyalin nombor sebagai teks biasa bagi laporan makmal atau hamparan elektronik.

Halaman dibuka dengan campuran contoh: udara kering pada 1 atm, oksigen 0.21 dan nitrogen 0.79. Pilih "Reset" untuk kembali kepada campuran ini.

Kalkulator menyemak input sebelum memaparkan keputusan. Ralat ditandai jika tekanan keseluruhan kosong, sifar atau negatif, jika nama mana-mana komponen tiada, atau jika jumlah pecahan mol tidak sama dengan 1.

Unit tekanan

Pemilih unit memberikan label pada nombor tersebut; ia tidak menukarkannya. Tekanan separa yang terhasil menggunakan unit yang sama seperti tekanan keseluruhan yang dimasukkan. Masukkan 760 dan pilih mmHg, maka jawapannya dalam mmHg. Masukkan 1 dan pilih atm, maka jawapannya dalam atm. Menukar pemilih selepas itu hanya menukar label keputusan tanpa menskalakannya semula.

Hukum Dalton berfungsi dengan mana-mana unit tekanan, jadi tiada penukaran diperlukan selagi tekanan keseluruhan dimasukkan dalam unit yang dikehendaki untuk jawapan. Untuk menukar antara ketiga-tiga unit itu secara manual:

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

Kursus kimia biasanya menggunakan atmosfera. Bidang perubatan cenderung melaporkan gas darah dalam mmHg. Bidang kejuruteraan sering menggunakan kPa. Kalkulator ini tidak menawarkan bar atau psi.

Penggunaan tekanan separa

Fisiologi pernafasan. Oksigen bergerak dari paru-paru ke dalam darah, manakala karbon dioksida bergerak ke arah yang bertentangan, disebabkan oleh perbezaan tekanan separa, bukan tekanan keseluruhan. Udara dalam paru-paru biasanya mempunyai tekanan separa oksigen kira-kira 100 mmHg, manakala darah yang kembali dari tubuh membawa oksigen pada tekanan separa yang lebih rendah, lalu oksigen mengalir ke dalam darah mengikut kecerunan tersebut.

Kejuruteraan kimia. Kadar tindak balas dalam proses fasa gas, seperti sintesis ammonia, bergantung pada tekanan separa gas yang bertindak balas, bukan hanya tekanan keseluruhan sistem. Pereka bentuk turus penyulingan dan peralatan pengasingan gas juga menggunakan tekanan separa secara langsung.

Sains alam sekitar. Karbon dioksida atmosfera kini melebihi 420 bahagian per sejuta dan masih meningkat. Tekanan separanya, walaupun kecil, mendorong sebahagian besar pemanasan tambahan yang dikaitkan dengan gas tersebut. Oksigen terlarut dalam tasik dan sungai juga bergantung pada tekanan separa oksigen di udara di atas permukaan air, melalui hubungan yang disebut hukum Henry.

Apabila hukum Dalton kurang sesuai digunakan

Hukum Dalton mengandaikan bahawa molekul gas tidak berinteraksi. Andaian itu tidak lagi sesuai pada tekanan tinggi atau suhu rendah, apabila molekul tersusun cukup rapat sehingga daya antara molekul menjadi penting. Pemprosesan gas asli pada tekanan tinggi, misalnya, sering memerlukan kuantiti yang lebih maju yang disebut fugasiti sebagai ganti tekanan separa mudah. Hukum Dalton juga tidak menerangkan tekanan wap sesuatu cecair, yang bergantung pada suhu dan bahan itu sendiri, bukannya pada pecahan mol dalam campuran gas.

Soalan lazim

Apakah hukum Dalton tentang tekanan separa? Hukum ini menyatakan bahawa dalam campuran gas yang tidak bertindak balas antara satu sama lain, tekanan keseluruhan adalah sama dengan jumlah tekanan yang akan dikenakan oleh setiap gas jika gas itu sahaja memenuhi bekas pada suhu yang sama.

Bagaimanakah tekanan separa sesuatu gas dikira? Darabkan pecahan mol gas dengan tekanan keseluruhan campuran: $P_i = X_i \times P_{total}$ . Sebagai contoh, gas dengan pecahan mol 0.30 dalam campuran pada 4 atm mempunyai tekanan separa $0.30 \times 4 = 1.2$ atm.

Mengapakah pecahan mol mesti berjumlah 1? Pecahan mol mengukur bahagian semua zarah gas yang terdiri daripada satu komponen. Oleh sebab setiap zarah tergolong dalam salah satu komponen, semua bahagian itu mestilah merangkumi keseluruhan campuran, lalu jumlahnya tepat 1.

Bolehkah tekanan separa melebihi tekanan keseluruhan? Tidak. Pecahan mol tidak boleh melebihi 1, jadi bahagian satu gas tidak mungkin melebihi keseluruhannya. Jika kalkulator melaporkan bahawa jumlah pecahan mol melebihi 1, kemungkinan peratusan dimasukkan sebagai ganti perpuluhan, seperti 21 dan bukannya 0.21.

Apakah unit tekanan yang disokong oleh kalkulator ini? Atmosfera (atm), kilopascal (kPa) dan milimeter merkuri (mmHg). Pemilih menamakan unit nombor yang dimasukkan dan dikembalikan; ia tidak menukar antara unit serta tidak menawarkan bar atau psi.

Apakah perbezaan antara tekanan separa dengan tekanan wap? Tekanan separa ialah bahagian satu gas daripada tekanan keseluruhan dalam campuran dan bergantung pada pecahan mol. Tekanan wap ialah tekanan yang dikenakan oleh wap bahan tulen apabila berada dalam keseimbangan dengan cecair atau pepejalnya sendiri, dan hanya bergantung pada suhu.

Sejarah

John Dalton mencadangkan hukum tekanan separa pada 1801 dan menerbitkannya dalam bukunya pada 1808, A New System of Chemical Philosophy. Karyanya muncul bersama hukum gas awal yang lain, termasuk hukum Boyle (1662), yang mengaitkan tekanan dengan isi padu, dan hukum Charles (1787), yang mengaitkan isi padu dengan suhu. Bersama-sama hukum Avogadro (1811), gagasan ini membawa kepada hukum gas ideal, $PV = nRT$ , yang masih menjadi asas bagi kebanyakan pengiraan gas harian.

Kalkulator Tekanan Separa | Campuran Gas & Hukum Dalton