Калкулатор парцијалног притиска

Калкулатор парцијалног притиска одређује притисак који један гас доприноси у смеши гасова. Користи Далтонов закон: унесите укупан притисак и молски удео сваког гаса, а алат приказује удео тог притиска за сваки гас.

Шта је парцијални притисак?

Смеша гасова, као што је ваздух, садржи неколико различитих гасова затворених у истом простору. Сваки гас делује на зидове свог суда као да се у њему налази сам. Деловање једног гаса назива се његов парцијални притисак.

Енглески хемичар Џон Далтон описао је ово понашање 1801. Његово правило, данас названо Далтонов закон парцијалних притисака, каже да је укупан притисак смеше гасова једнак збиру притисака које би сваки гас остварио самостално:

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

Ово важи за идеалан гас, поједностављени модел у којем се молекули гаса међусобно не привлаче и не делују једни на друге. Ваздух при уобичајеним притисцима понаша се довољно слично овом моделу да закон даје тачне резултате.

Формула за парцијални притисак

Парцијални притисак једног гаса једнак је његовом молском уделу помноженом укупним притиском:

$P_i = X_i \times P_{total}$

$P_i$ је парцијални притисак гаса $i$ .
$X_i$ је молски удео гаса $i$ , број између 0 и 1.
$P_{total}$ је укупан притисак смеше.

Молски удео је удео свих честица гаса које припадају једном гасу:

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

Овде је $n_i$ број молова гаса $i$ , а $n_{total}$ је укупан број молова свих гасова у смеши. Пошто свака честица гаса припада некој компоненти, сви молски удели у смеши морају да дају збир 1.

Како се израчунава парцијални притисак: пример

Претпоставимо да затворени резервоар садржи смешу гасова при укупном притиску од 2 атмосфере (atm), састављену од:

Кисеоник (O₂): молски удео 0,21
Азот (N₂): молски удео 0,78
Угљен-диоксид (CO₂): молски удео 0,01

Помножите сваки молски удео укупним притиском:

Кисеоник: $0.21 \times 2 = 0.42$ atm
Азот: $0.78 \times 2 = 1.56$ atm
Угљен-диоксид: $0.01 \times 2 = 0.02$ atm

Као провера, три парцијална притиска поново дају укупан притисак: $0.42 + 1.56 + 0.02 = 2.00$ atm.

Ово је важно у пракси. Код хипербаричне терапије кисеоником лекари повећавају укупан притисак ваздуха који пацијент удише, чиме се повећава парцијални притисак кисеоника, иако проценат кисеоника у смеши гасова остаје исти. Већи парцијални притисак кисеоника убацује више кисеоника у крв.

Како се користи калкулатор парцијалног притиска

Унесите укупан притисак смеше и изаберите јединицу у којој је изражен: атмосфере (atm), килопаскали (kPa) или милиметри живиног стуба (mmHg).
Наведите сваки гас и унесите његов молски удео. Изаберите „Add Component“ за додавање другог гаса или „Clear“ у реду да бисте га уклонили. Молски удели морају бити између 0 и 1 и њихов збир за све компоненте мора бити 1, уз малу толеранцију за заокруживање.
Резултати се појављују чим уноси постану важећи. Не постоји посебан корак за израчунавање. Сваки гас добија сопствену картицу с резултатом, заокруженим на четири децимале, а дијаграм са тракама испод показује како се укупан притисак расподељује на гасове.
Изаберите „Copy Results“ да бисте копирали бројеве као обичан текст за лабораторијски извештај или табелу.

Страница се отвара са примером смеше: сув ваздух при 1 atm, кисеоник 0,21 и азот 0,79. Изаберите „Reset“ да бисте се вратили на њу.

Калкулатор проверава унос пре приказивања резултата. Приказује грешку ако је укупан притисак празан, једнак нули или негативан, ако некој компоненти недостаје назив или ако збир молских удела није 1.

Јединице притиска

Бирач јединице именује бројеве, али их не претвара. Парцијални притисци се добијају у истој јединици као унети укупан притисак. Унесите 760 и изаберите mmHg, па ће резултати бити у mmHg. Унесите 1 и изаберите atm, па ће резултати бити у atm. Промена бирача након тога само мења ознаку резултата, без промене њихове размере.

Далтонов закон важи за било коју јединицу притиска, па претварање није потребно ако је укупан притисак унет у јединици која се жели за резултате. За ручно претварање између ове три јединице:

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

На курсевима хемије обично се користе атмосфере. У медицини се гасови у крви најчешће изражавају у mmHg. У инжењерским областима често се користе kPa. Калкулатор не нуди бар или psi.

Где се користи парцијални притисак

Респираторна физиологија. Кисеоник прелази из плућа у крв, а угљен-диоксид у супротном смеру, због разлика у парцијалном притиску, а не због укупног притиска. Ваздух у плућима обично има парцијални притисак кисеоника од приближно 100 mmHg, док крв која стиже из тела носи кисеоник при нижем парцијалном притиску, па кисеоник тече у крв дуж тог градијента.

Хемијско инжењерство. Брзине реакција у процесима у гасној фази, као што је синтеза амонијака, зависе од парцијалних притисака гасова који реагују, а не само од укупног притиска система. Пројектанти дестилационих колона и опреме за раздвајање гасова такође непосредно раде са парцијалним притисцима.

Наука о животној средини. Атмосферски угљен-диоксид сада је изнад 420 делова на милион и и даље расте. Његов парцијални притисак, иако мали, покреће велики део додатног загревања повезаног с тим гасом. Растворени кисеоник у језерима и рекама такође зависи од парцијалног притиска кисеоника у ваздуху изнад воде, посредством односа познатог као Хенријев закон.

Када Далтонов закон није добро применљив

Далтонов закон претпоставља да молекули гаса међусобно не делују. Та претпоставка се нарушава при високом притиску или ниској температури, када су молекули довољно близу да међумолекулске силе постану важне. Обрада природног гаса при високом притиску, на пример, често захтева напреднију величину, фугитивност, уместо једноставног парцијалног притиска. Далтонов закон такође не описује притисак паре течности, који зависи од температуре и саме супстанце, а не од молског удела у смеши гасова.

Најчешће постављана питања

Шта је Далтонов закон парцијалних притисака? Он каже да је у смеши гасова који међусобно не реагују укупан притисак једнак збиру притисака које би сваки гас остварио када би сам испуњавао суд при истој температури.

Како се израчунава парцијални притисак гаса? Помножите молски удео гаса укупним притиском смеше: $P_i = X_i \times P_{total}$ . На пример, гас чији је молски удео 0,30 у смеши при 4 atm има парцијални притисак од $0.30 \times 4 = 1.2$ atm.

Зашто молски удели морају да дају збир 1? Молски удео мери удео свих честица гаса који припада једној компоненти. Пошто свака честица припада некој компоненти, удели морају да обухвате целу смешу, па њихов збир износи тачно 1.

Може ли парцијални притисак бити већи од укупног притиска? Не. Молски удео не може бити већи од 1, па удео једног гаса никада не може премашити целину. Ако калкулатор пријави да је збир молских удела већи од 1, вероватно је унета процентна вредност уместо децималне, на пример 21 уместо 0,21.

Које јединице притиска калкулатор подржава? Атмосфере (atm), килопаскале (kPa) и милиметре живиног стуба (mmHg). Бирач наводи јединицу унетих и приказаних бројева; не врши претварање између јединица и не нуди бар или psi.

Која је разлика између парцијалног притиска и притиска паре? Парцијални притисак је удео једног гаса у укупном притиску смеше и зависи од молског удела. Притисак паре је притисак који пара чисте супстанце врши када је у равнотежи са сопственом течношћу или чврстом фазом и зависи само од температуре.

Историја

Енглески хемичар Џон Далтон предложио је закон парцијалних притисака 1801 и објавио га у својој књизи A New System of Chemical Philosophy из 1808. Његов рад појавио се упоредо с другим раним законима о гасовима, укључујући Бојлов закон (1662), који повезује притисак и запремину, и Шарлов закон (1787), који повезује запремину и температуру. Заједно с Авогадровим законом (1811), ове идеје довеле су до једначине стања идеалног гаса, $PV = nRT$ , која је и даље основа за већину свакодневних прорачуна гасова.

Калкулатор парцијалног притиска | Гасне смеше и Далтонов закон