आंशिक दबाव की गणना कैसे करें: 14 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: Jason Gerald | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-19 22:12

रसायन विज्ञान में "आंशिक दबाव" वह दबाव है जो गैस मिश्रण में प्रत्येक गैस अपने परिवेश पर डालती है, जैसे कि वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क, डाइविंग एयर टैंक या वायुमंडलीय सीमा। आप मिश्रण में प्रत्येक गैस के दबाव की गणना कर सकते हैं यदि आप गैस की मात्रा, उसके द्वारा व्याप्त मात्रा और तापमान को जानते हैं। गैस मिश्रण के कुल दबाव की गणना के लिए आंशिक दबावों को एक साथ जोड़ा जा सकता है। दूसरी ओर, आंशिक दबाव की गणना करने के लिए कुल दबाव की गणना पहले से की जा सकती है।

कदम

3 का भाग 1: गैसों के गुणों को समझना

चरण 1. प्रत्येक गैस को "आदर्श" गैस के रूप में मानें।

रसायन विज्ञान में, एक आदर्श गैस एक गैस होती है जो अपने अणुओं की ओर आकर्षित हुए बिना अन्य गैसों के साथ परस्पर क्रिया करती है। अणु जो एकान्त होते हैं वे बिलियर्ड गेंदों की तरह बिना विकृत हुए टकरा सकते हैं और उछल सकते हैं।

एक आदर्श गैस का दबाव तब बढ़ता है जब उसे छोटे स्थान में संपीड़ित किया जाता है और बड़े स्थान पर फैलने पर कम हो जाता है। इस संबंध को रॉबर्ट बॉयल द्वारा बनाया गया बॉयल का नियम कहा जाता है। गणितीय रूप से, सूत्र k = P x V है, या k = PV के लिए सरलीकृत है, k एक स्थिरांक है, P दबाव है, जबकि V आयतन है।
दबाव के लिए कई संभावित इकाइयाँ हैं। उनमें से एक पास्कल (पा) है। इस इकाई को एक वर्ग मीटर के सतह क्षेत्र पर लागू एक न्यूटन के बल के रूप में परिभाषित किया गया है। एक अन्य इकाई वायुमंडल (एटीएम) है। वायुमंडल समुद्र तल पर पृथ्वी के वायुमंडल का दबाव है। 1 एटीएम का दबाव 101,325 Pa के बराबर है।
एक आदर्श गैस का तापमान आयतन में वृद्धि के साथ बढ़ता है और आयतन में कमी के साथ घटता है। इस संबंध को वैज्ञानिक जैक्स चार्ल्स द्वारा बनाया गया चार्ल्स का नियम कहा जाता है। गणितीय सूत्र k = V / T है, जहाँ k आयतन और तापमान स्थिरांक है, V आयतन है, और T तापमान है।
इस समीकरण में गैस का तापमान डिग्री केल्विन में दिया जाता है, जो सेल्सियस में डिग्री मान में संख्या 273 को जोड़ने पर प्राप्त होता है।
उपरोक्त दो सूत्रों को एक समीकरण के साथ जोड़ा जा सकता है: k = PV / T, जिसे PV = kT भी लिखा जा सकता है।

चरण 2. मापी जाने वाली गैस की मात्रा निर्धारित करें।

गैसों में द्रव्यमान और आयतन होता है। आयतन को आमतौर पर लीटर (l) में मापा जाता है, लेकिन द्रव्यमान दो प्रकार के होते हैं।

पारंपरिक द्रव्यमान को ग्राम में मापा जाता है, लेकिन बड़ी मात्रा में इकाई किलोग्राम होती है।
चूंकि गैसें बहुत हल्की होती हैं, इसलिए उपयोग की जाने वाली इकाइयाँ आणविक द्रव्यमान या दाढ़ द्रव्यमान होती हैं। मोलर द्रव्यमान कार्बन के लिए संख्या 12 की तुलना में गैस बनाने वाले प्रत्येक परमाणु के कुल परमाणु द्रव्यमान का योग है।
चूँकि परमाणु और अणु गिनने के लिए बहुत छोटे होते हैं, इसलिए गैस की मात्रा मोल में निर्दिष्ट होती है। दी गई गैस में मौजूद मोलों की संख्या द्रव्यमान को दाढ़ द्रव्यमान से विभाजित करके और अक्षर n द्वारा निरूपित करके प्राप्त की जा सकती है।
गैस समीकरण में स्थिर K को n के गुणनफल, मोल (मोल्स) और नए स्थिरांक R से बदला जा सकता है। अब सूत्र nR = PV/T या PV = nRT है।
R का मान गैस के दबाव, आयतन और तापमान को मापने के लिए उपयोग की जाने वाली इकाइयों पर निर्भर करता है। लीटर में आयतन, केल्विन में तापमान और वायुमंडल में दबाव के लिए, मान 0.0821 L atm/K mol है। यह मान 0.0821 L atm K. के रूप में लिखा जा सकता है^-1 तिल ^-1 माप की इकाइयों में विभाजनों का प्रतिनिधित्व करने के लिए स्लैश का उपयोग करने से बचने के लिए।

चरण 3. डाल्टन के आंशिक दबाव के नियम को समझें।

यह कानून रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी जॉन डाल्टन द्वारा विकसित किया गया था, जिन्होंने पहली बार इस अवधारणा को विकसित किया था कि रासायनिक तत्व परमाणुओं से बने होते हैं। डाल्टन के नियम में कहा गया है कि गैसों के मिश्रण का कुल दबाव मिश्रण में अलग-अलग गैसों के दबावों का योग है.

डाल्टन के नियम को निम्न सूत्र P के रूप में लिखा जा सकता है_कुल = पी₁ + पी₂ + पी₃ … चिह्न के दायीं ओर P की मात्रा मिश्रण में गैस की मात्रा के बराबर होती है।
डाल्टन के नियम के सूत्र को विभिन्न गैसों के साथ व्यवहार करते समय बढ़ाया जा सकता है जिसमें प्रत्येक गैस का आंशिक दबाव अज्ञात होता है, लेकिन जिसका आयतन और तापमान ज्ञात होता है। गैस का आंशिक दबाव उस दबाव के बराबर होता है जो मानता है कि उस मात्रा में गैस कंटेनर में एकमात्र गैस है।
प्रत्येक आंशिक दबाव के लिए आदर्श गैस सूत्र का उपयोग किया जा सकता है। PV = nRT का उपयोग करने के बजाय, बाईं ओर केवल P का उपयोग किया जा सकता है। उसके लिए, दोनों पक्षों को V: PV/V = nRT/V से विभाजित किया जाता है। P = nRT/V को छोड़कर, दाईं ओर के दो V एक दूसरे को रद्द करते हैं।
हम इसका उपयोग प्रत्येक P को दाईं ओर बदलने के लिए कर सकते हैं जो आंशिक दबाव सूत्र में एक विशेष गैस का प्रतिनिधित्व करता है: P_कुल =(एनआरटी/वी) ₁ + (एनआरटी/वी) ₂ + (एनआरटी/वी) ₃ …

3 का भाग 2: आंशिक दबाव की गणना, फिर कुल दबाव

चरण 1. गणना की जा रही प्रत्येक गैस के लिए आंशिक दबाव समीकरण निर्धारित करें।

इस गणना के लिए यह माना जाता है कि 2 लीटर फ्लास्क में 3 गैसें होती हैं: नाइट्रोजन (N.)₂), ऑक्सीजन (O.)₂), और कार्बन डाइऑक्साइड (CO.)₂) प्रत्येक गैस का द्रव्यमान 10 ग्राम और तापमान 37 डिग्री सेल्सियस होता है। हम प्रत्येक गैस के आंशिक दबाव और रासायनिक फ्लास्क में गैस मिश्रण के कुल दबाव की गणना करेंगे।

आंशिक दबाव सूत्र P. है_कुल = पी_{नाइट्रोजन} + पी_{ऑक्सीजन} + पी_{कार्बन डाइआक्साइड}.
चूंकि हम ज्ञात मात्रा और तापमान के साथ प्रत्येक गैस के लिए दबाव की तलाश कर रहे हैं, प्रत्येक गैस के मोल की संख्या की गणना उसके द्रव्यमान के आधार पर की जा सकती है। सूत्र में बदला जा सकता है: P_कुल =(एनआरटी/वी) _{नाइट्रोजन} + (एनआरटी/वी) _{ऑक्सीजन} + (एनआरटी/वी) _{कार्बन डाइआक्साइड}

चरण 2. तापमान को डिग्री केल्विन में बदलें।

सेल्सियस में तापमान 37 डिग्री है, इसलिए 310 डिग्री K प्राप्त करने के लिए 273 से 37 जोड़ें।

चरण 3. नमूने में मौजूद प्रत्येक गैस के मोलों की संख्या ज्ञात कीजिए।

किसी गैस के मोल की संख्या उसके दाढ़ द्रव्यमान से विभाजित गैस का द्रव्यमान है, जो मिश्रण में प्रत्येक परमाणु के परमाणु द्रव्यमान का योग है।

नाइट्रोजन गैस के लिए (N₂), प्रत्येक परमाणु का परमाणु द्रव्यमान 14 होता है। चूंकि नाइट्रोजन द्विपरमाणुक (एक दो-परमाणु अणु) है, इस नमूने में नाइट्रोजन के लिए 28 का दाढ़ द्रव्यमान प्राप्त करने के लिए 14 के मान को 2 से गुणा किया जाना चाहिए। इसके बाद ग्राम में द्रव्यमान, 10 ग्राम, को मोल्स की संख्या प्राप्त करने के लिए 28 से विभाजित किया जाता है, इसलिए परिणाम लगभग 0.4 मोल नाइट्रोजन होता है।
अगली गैस के लिए, ऑक्सीजन (O.)₂), प्रत्येक परमाणु का परमाणु द्रव्यमान 16 है। ऑक्सीजन भी द्विपरमाणुक है, इसलिए 16 गुणा 2 नमूने में ऑक्सीजन का दाढ़ द्रव्यमान 32 देता है। 32 से विभाजित 10 ग्राम लगभग 0.3 मोल ऑक्सीजन देता है।
अगला कार्बन डाइऑक्साइड (CO.) है₂), जिसमें 3 परमाणु होते हैं, अर्थात् 12 के परमाणु द्रव्यमान वाला एक कार्बन परमाणु और 16 के परमाणु द्रव्यमान वाले दो ऑक्सीजन परमाणु। इन तीन परमाणु द्रव्यमानों को दाढ़ द्रव्यमान प्राप्त करने के लिए जोड़ा जाता है: 12 + 16 + 16 = 44। अगले 10 ग्राम को 44 से विभाजित किया जाता है इसलिए परिणाम लगभग 0.2 मोल कार्बन डाइऑक्साइड होता है।

चरण 4. मोल मान, आयतन और तापमान दर्ज करें।

संख्याओं को सूत्र में दर्ज किया गया था: P_कुल =(0, 4 * आर * 310/2) _{नाइट्रोजन} + (0, 3 *आर * 310/2) _{ऑक्सीजन} + (0, 2 * आर *310/2) _{कार्बन डाइआक्साइड}.

सरलता के लिए, इकाइयाँ नहीं लिखी जाती हैं। इन इकाइयों को गणितीय गणना में मिटा दिया जाएगा, केवल दबाव इकाइयों को छोड़कर।

चरण 5. अचर R का मान प्रविष्ट करें।

कुल और आंशिक दबाव वायुमंडलीय इकाइयों में व्यक्त किए जाएंगे, इसलिए उपयोग किया गया R मान 0.0821 L atm/K mol है। यह मान तब समीकरण में दर्ज किया जाता है ताकि सूत्र P. हो_कुल =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _{नाइट्रोजन} + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _{ऑक्सीजन} + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{कार्बन डाइआक्साइड}.

चरण 6. प्रत्येक गैस के लिए आंशिक दबावों की गणना करें।

अब जब सभी आवश्यक मान उपलब्ध हैं, तो गणित करने का समय आ गया है।

नाइट्रोजन के आंशिक दबाव के लिए, 0.4 मोल को 0.0821 के स्थिरांक और 310 डिग्री K के तापमान से गुणा किया जाता है, फिर 2 लीटर से विभाजित किया जाता है: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 एटीएम, लगभग।
ऑक्सीजन के आंशिक दबाव के लिए, 0.3 मोल को 0.0821 के स्थिरांक और 310 डिग्री K के तापमान से गुणा किया जाता है, फिर 2 लीटर से विभाजित किया जाता है: 0.3 *0.0821 * 310/2 = 3.82 एटीएम, लगभग।
कार्बन डाइऑक्साइड के आंशिक दबाव के लिए, 0.2 मोल को 0.0821 के स्थिरांक और 310 डिग्री K के तापमान से गुणा किया जाता है, फिर 2 लीटर से विभाजित किया जाता है: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 एटीएम, लगभग।
कुल दबाव प्राप्त करने के लिए तीन आंशिक दबावों को एक साथ जोड़ा जाता है: P_कुल = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54, या 11.45 एटीएम, कम या ज्यादा।

भाग ३ का ३: कुल दबाव की गणना करना, फिर आंशिक

चरण 1. पहले की तरह आंशिक दबाव सूत्र निर्धारित करें।

फिर से, मान लें कि 2 लीटर के फ्लास्क में 3 अलग-अलग गैसें हैं: नाइट्रोजन (N.)₂), ऑक्सीजन (O.)₂), और कार्बन डाइऑक्साइड (CO.)₂) प्रत्येक गैस का द्रव्यमान 10 ग्राम है और प्रत्येक का तापमान 37 डिग्री सेल्सियस है।

केल्विन में तापमान अभी भी वही 310 डिग्री है और मोल्स की संख्या लगभग 0.4 मोल नाइट्रोजन, 0.3 मोल ऑक्सीजन और 0.2 मोल कार्बन डाइऑक्साइड है।
उपयोग किए गए दबाव की इकाई भी वायुमंडल है, इसलिए निरंतर R का मान 0.0821 L atm/K mol है।
तो इस बिंदु पर आंशिक दबाव समीकरण अभी भी वही है: पी_कुल =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _{नाइट्रोजन} + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _{ऑक्सीजन} + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{कार्बन डाइआक्साइड}.

चरण 2. गैस मिश्रण के मोलों की कुल संख्या प्राप्त करने के लिए नमूने में प्रत्येक गैस के मोलों की संख्या जोड़ें।

चूंकि प्रत्येक गैस नमूने के लिए आयतन और तापमान समान होते हैं, और प्रत्येक दाढ़ मूल्य को भी उसी स्थिरांक से गुणा किया जाता है, हम समीकरण को फिर से लिखने के लिए गणित के वितरण गुण का उपयोग कर सकते हैं:_कुल = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

योग करें: 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 मोल गैस मिश्रण। समीकरण सरल होगा, अर्थात् P_कुल = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

चरण 3. गैस मिश्रण के कुल दबाव की गणना करें।

गुणा करें: 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 मोल, कम या ज्यादा।

चरण 4. मिश्रण बनाने वाली प्रत्येक गैस के अनुपात की गणना करें।

मिश्रण में प्रत्येक गैस के अनुपात की गणना करने के लिए, प्रत्येक गैस के मोल की संख्या को मोल की कुल संख्या से विभाजित करें।

नाइट्रोजन के ०.४ मोल हैं, तो ०.४/०.९ = ०.४४ (४४ प्रतिशत) नमूना, कम या ज्यादा।
नाइट्रोजन के 0.3 मोल हैं, इसलिए नमूने का 0.3/0.9 = 0.33 (33 प्रतिशत), कम या ज्यादा।
कार्बन डाइऑक्साइड के 0.2 मोल हैं, इसलिए नमूना का 0.2/0.9 = 0.22 (22 प्रतिशत), कम या ज्यादा।
यद्यपि ऊपर की अनुमानित प्रतिशत गणना 0.99 लौटाती है, वास्तविक दशमलव मान स्वयं को दोहराता है। इसका मतलब है कि दशमलव बिंदु के बाद संख्या 9 है जो खुद को दोहराती है। परिभाषा के अनुसार यह मान 1 या 100 प्रतिशत के बराबर है।