Kısmi Basınç Hesaplayıcı

Kısmi basınç hesaplayıcı, bir gaz karışımı içinde tek bir gazın oluşturduğu basıncı bulur. Dalton yasasını kullanır: toplam basıncı ve her gazın mol kesrini girin; araç her gazın bu basınçtan aldığı payı verir.

Kısmi basınç nedir?

Hava gibi bir gaz karışımı, aynı kapalı hacimde bulunan birkaç farklı gaz içerir. Her gaz, sanki orada tek başınaymış gibi kabının çeperlerine basınç uygular. Tek bir gazın uyguladığı bu basınca kısmi basınç denir.

İngiliz kimyager John Dalton bu davranışı 1801 yılında açıkladı. Günümüzde Dalton'un kısmi basınçlar yasası olarak adlandırılan kuralına göre, bir gaz karışımının toplam basıncı, her bir gazın tek başına uygulayacağı basınçların toplamına eşittir:

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

Bu, gaz moleküllerinin birbirini çekmediği veya birbirleriyle etkileşmediği basitleştirilmiş bir model olan ideal gaz için geçerlidir. Günlük basınçlardaki hava bu modele yeterince yakın davrandığından, yasa doğru sonuçlar verir.

Kısmi basınç formülü

Bir gazın kısmi basıncı, mol kesri ile toplam basıncın çarpımına eşittir:

$P_i = X_i \times P_{total}$

• $P_i$, $i$ gazının kısmi basıncıdır.
• $X_i$, $i$ gazının mol kesridir; 0 ile 1 arasında bir sayıdır.
• $P_{total}$, karışımın toplam basıncıdır.

Mol kesri, tüm gaz taneciklerinin belirli bir gaza ait olan kısmıdır:

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

Burada $n_i$, $i$ gazının mol sayısıdır; $n_{total}$ ise karışımdaki tüm gazların toplam mol sayısıdır. Her gaz taneciği bileşenlerden birine ait olduğundan, bir karışımdaki tüm mol kesirlerinin toplamı 1 olmalıdır.

Kısmi basınç nasıl hesaplanır: örnek

Toplam basıncı 2 atmosfer (atm) olan kapalı bir tankta şu gaz karışımının bulunduğunu varsayalım:

• Oksijen (O₂): mol kesri 0,21
• Azot (N₂): mol kesri 0,78
• Karbondioksit (CO₂): mol kesri 0,01

Her mol kesrini toplam basınçla çarpın:

1. Oksijen: $0.21 \times 2 = 0.42$ atm
2. Azot: $0.78 \times 2 = 1.56$ atm
3. Karbondioksit: $0.01 \times 2 = 0.02$ atm

Kontrol olarak, üç kısmi basıncın toplamı yeniden toplam basınca eşittir: $0.42 + 1.56 + 0.02 = 2.00$ atm.

Bunun pratikte önemi vardır. Hiperbarik oksijen tedavisinde doktorlar, hastanın soluduğu toplam basıncı artırır; bu da gaz karışımındaki oksijen yüzdesi aynı kalmasına rağmen oksijenin kısmi basıncını yükseltir. Daha yüksek oksijen kısmi basıncı, kana daha fazla oksijen geçmesini sağlar.

Kısmi basınç hesaplayıcı nasıl kullanılır?

1. Karışımın toplam basıncını girin ve değerin ifade edildiği birimi seçin: atmosfer (atm), kilopaskal (kPa) veya milimetre cıva (mmHg).
2. Her gazı adlandırın ve mol kesrini girin. Başka bir gaz eklemek için "Add Component" seçeneğini, bir gazı kaldırmak için ilgili satırdaki "Clear" seçeneğini kullanın. Mol kesirleri 0 ile 1 arasında olmalı ve küçük yuvarlama toleransı dahilinde tüm bileşenler için toplamları 1 olmalıdır.
3. Girdiler geçerli olur olmaz sonuçlar görünür. Ayrı bir hesaplama adımı yoktur. Her gazın sonucu dört ondalık basamağa yuvarlanmış kendi sonuç kartında gösterilir; altındaki çubuk grafik ise toplam basıncın gazlar arasında nasıl bölündüğünü gösterir.
4. Sayıları bir laboratuvar raporunda veya elektronik tabloda düz metin olarak kopyalamak için "Copy Results" seçeneğini kullanın.

Sayfa, 1 atm basınçta kuru hava, 0,21 oksijen ve 0,79 azottan oluşan örnek bir karışımla açılır. Bu karışıma dönmek için "Reset" seçeneğini kullanın.

Hesaplayıcı, sonuçları göstermeden önce girdileri denetler. Toplam basınç boş, sıfır veya negatifse, herhangi bir bileşenin adı eksikse ya da mol kesirlerinin toplamı 1 değilse hata bildirir.

Basınç birimleri

Birim seçici sayıları adlandırır; birim dönüşümü yapmaz. Kısmi basınçlar, girilen toplam basınçla aynı birimde elde edilir. 760 girip mmHg'yi seçerseniz sonuçlar mmHg cinsinden olur. 1 girip atm'yi seçerseniz sonuçlar atm cinsinden olur. Seçiciyi daha sonra değiştirmek, sonuçları yeniden ölçeklendirmeden yalnızca birim etiketlerini değiştirir.

Dalton yasası herhangi bir basınç biriminde geçerlidir; bu nedenle toplam basınç, sonuçlarda istenen birimle girildiği sürece dönüşüm gerekmez. Üç birim arasında elle dönüşüm yapmak için:

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

Kimya derslerinde genellikle atmosfer kullanılır. Tıp alanında kan gazları çoğunlukla mmHg cinsinden raporlanır. Mühendislik alanlarında ise genellikle kPa kullanılır. Hesaplayıcı bar veya psi seçeneklerini sunmaz.

Kısmi basıncın kullanıldığı alanlar

Solunum fizyolojisi. Oksijen akciğerlerden kana, karbondioksit ise ters yönde, toplam basınçtan ziyade kısmi basınç farkları nedeniyle geçer. Akciğerlerdeki havanın oksijen kısmi basıncı genellikle yaklaşık 100 mmHg'dir; vücuttan gelen kanda ise oksijen daha düşük bir kısmi basınçta bulunur. Bu nedenle oksijen, bu gradyan boyunca kana geçer.

Kimya mühendisliği. Amonyak sentezi gibi gaz fazı süreçlerindeki tepkime hızları yalnızca sistemin toplam basıncına değil, tepkimeye giren gazların kısmi basınçlarına bağlıdır. Damıtma kolonlarının ve gaz ayırma ekipmanlarının tasarımında da kısmi basınçlarla doğrudan çalışılır.

Çevre bilimi. Atmosferik karbondioksit miktarı günümüzde 420 milyonda parçanın üzerindedir ve artmaya devam etmektedir. Kısmi basıncı küçük olsa da bu gazla ilişkilendirilen ek ısınmanın büyük bölümünü yönlendirir. Göllerde ve nehirlerde çözünmüş oksijen miktarı da Henry yasası adı verilen bir ilişki aracılığıyla suyun üzerindeki havadaki oksijenin kısmi basıncına bağlıdır.

Dalton yasası ne zaman iyi uygulanmaz?

Dalton yasası, gaz moleküllerinin etkileşmediğini varsayar. Moleküllerin moleküller arası kuvvetlerin önem kazanacağı kadar sıkışık bulunduğu yüksek basınçta veya düşük sıcaklıkta bu varsayım geçerliliğini yitirir. Örneğin yüksek basınçlı doğal gaz işleme süreçlerinde, basit kısmi basıncın yerine genellikle fugasite adı verilen daha gelişmiş bir büyüklük gerekir. Dalton yasası ayrıca bir sıvının buhar basıncını açıklamaz; bu basınç, bir gaz karışımındaki mol kesrine değil, sıcaklığa ve maddenin kendisine bağlıdır.

Sık sorulan sorular

Dalton'un kısmi basınçlar yasası nedir? Birbiriyle tepkimeye girmeyen gazların oluşturduğu bir karışımda toplam basıncın, aynı sıcaklıkta kabı tek başına doldursaydı her gazın uygulayacağı basınçların toplamına eşit olduğunu belirtir.

Bir gazın kısmi basıncı nasıl hesaplanır? Gazın mol kesrini karışımın toplam basıncıyla çarpın: $P_i = X_i \times P_{total}$. Örneğin, 4 atm basınçtaki bir karışımda mol kesri 0,30 olan bir gazın kısmi basıncı $0.30 \times 4 = 1.2$ atm'dir.

Mol kesirlerinin toplamı neden 1 olmalıdır? Mol kesri, tüm gaz taneciklerinin bir bileşenin oluşturduğu kısmı ölçer. Her tanecik bir bileşene ait olduğundan, bu payların tüm karışımı oluşturması gerekir; dolayısıyla toplamları tam olarak 1 olur.

Kısmi basınç toplam basınçtan büyük olabilir mi? Hayır. Bir mol kesri 1 değerini aşamaz; dolayısıyla tek bir gazın payı hiçbir zaman bütün karışımdan büyük olamaz. Hesaplayıcı mol kesirlerinin toplamının 1 değerinden büyük olduğunu bildiriyorsa, muhtemelen ondalık sayı yerine yüzde girilmiştir; örneğin 0,21 yerine 21.

Hesaplayıcı hangi basınç birimlerini destekler? Atmosfer (atm), kilopaskal (kPa) ve milimetre cıva (mmHg). Seçici, girilen ve döndürülen sayıların birimini adlandırır; birimler arasında dönüşüm yapmaz ve bar veya psi seçeneklerini sunmaz.

Kısmi basınç ile buhar basıncı arasındaki fark nedir? Kısmi basınç, bir karışımda tek bir gazın toplam basınçtan aldığı paydır ve mol kesrine bağlıdır. Buhar basıncı ise saf bir maddenin, kendi sıvısı veya katısıyla denge hâlindeyken buharının uyguladığı basınçtır ve yalnızca sıcaklığa bağlıdır.

Tarihçe

John Dalton kısmi basınçlar yasasını 1801 yılında öne sürdü ve 1808 yılında yayımlanan A New System of Chemical Philosophy adlı kitabında yayımladı. Çalışmaları, basınç ile hacim arasındaki ilişkiyi açıklayan Boyle yasası (1662) ve hacim ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi açıklayan Charles yasası (1787) dahil olmak üzere diğer ilk gaz yasalarıyla aynı döneme rastladı. Bu fikirler, Avogadro yasasıyla (1811) birlikte, günümüzde günlük gaz hesaplamalarının çoğunun temelini oluşturan ideal gaz yasasına, $PV = nRT$, öncülük etti.