Como calcular a pressão parcial: 14 etapas (com fotos)

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Última modificação: 2024-01-19 22:13

"Pressão parcial" em química é a pressão que cada gás em uma mistura de gases exerce sobre seu ambiente, como um balão volumétrico, tanque de ar de mergulho ou limite atmosférico. Você pode calcular a pressão de cada gás em uma mistura se souber a quantidade de gás, o volume que ele ocupa e a temperatura. As pressões parciais podem ser somadas para calcular a pressão total da mistura de gás. Por outro lado, a pressão total pode ser calculada antecipadamente para calcular a pressão parcial.

Etapa

Parte 1 de 3: Compreendendo as propriedades dos gases

Etapa 1. Trate cada gás como um gás “ideal”

Em química, um gás ideal é aquele que interage com outros gases sem ser atraído por suas moléculas. Moléculas solitárias podem bater e quicar como bolas de bilhar sem se deformar.

A pressão de um gás ideal aumenta quando é comprimido em um espaço menor e diminui quando se expande em um espaço maior. Essa relação é chamada de Lei de Boyle, criada por Robert Boyle. Matematicamente, a fórmula é k = P x V, ou simplificada para k = PV, k é uma constante, P é a pressão, enquanto V é o volume.
Existem várias unidades possíveis para pressão. Um deles é Pascal (Pa). Essa unidade é definida como a força de um newton aplicada a uma área de superfície de um metro quadrado. Outra unidade é a atmosfera (atm). Atmosfera é a pressão da atmosfera terrestre ao nível do mar. Uma pressão de 1 atm é equivalente a 101.325 Pa.
A temperatura de um gás ideal aumenta com o aumento do volume e diminui com a diminuição do volume. Essa relação é chamada de Lei de Charles criada pelo cientista Jacques Charles. A fórmula matemática é k = V / T, onde k é o volume e a constante de temperatura, V é o volume e T é a temperatura.
A temperatura do gás nesta equação é dada em graus Kelvin, que é obtido adicionando o número 273 ao valor do grau em Celsius.
As duas fórmulas acima podem ser combinadas com uma equação: k = PV / T, que também pode ser escrita como PV = kT.

Etapa 2. Determine a quantidade de gás a ser medida

Os gases têm massa e volume. O volume geralmente é medido em litros (l), mas existem dois tipos de massa.

A massa convencional é medida em gramas, mas em quantidades maiores a unidade é quilogramas.
Como os gases são muito leves, as unidades usadas são massa molecular ou massa molar. A massa molar é a soma das massas atômicas totais de cada átomo no composto que compõe o gás, cada átomo comparado ao número 12 do carbono.
Como os átomos e as moléculas são pequenos demais para serem contados, a quantidade de gás é especificada em mols. O número de moles presentes em um determinado gás pode ser obtido dividindo-se a massa pela massa molar e denotada pela letra n.
A constante K na equação do gás pode ser substituída pelo produto de n, o número de moles (moles) e a nova constante R. Agora a fórmula é nR = PV / T ou PV = nRT.
O valor de R depende das unidades usadas para medir a pressão, o volume e a temperatura do gás. Para volume em litros, temperatura em Kelvin e pressão em atmosferas, o valor é 0,0821 L atm / K mol. Este valor pode ser escrito como 0,0821 L atm K^-1 toupeira ^-1 para evitar o uso de barras para representar divisões em unidades de medida.

Etapa 3. Compreender a Lei da Pressão Parcial de Dalton

Esta lei foi desenvolvida pelo químico e físico John Dalton, que primeiro desenvolveu o conceito de que os elementos químicos são feitos de átomos. A lei de Dalton afirma que a pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões dos gases individuais na mistura.

A lei de Dalton pode ser escrita na forma da seguinte fórmula P_total = P₁ + P₂ + P₃ … A quantidade de P à direita do sinal é igual à quantidade de gás na mistura.
A fórmula da lei de Dalton pode ser estendida ao lidar com vários gases em que a pressão parcial de cada gás é desconhecida, mas cujo volume e temperatura são conhecidos. A pressão parcial de um gás é igual à pressão que pressupõe que o gás nessa quantidade seja o único gás no recipiente.
Para cada pressão parcial, a fórmula de gás ideal pode ser usada. Em vez de usar PV = nRT, apenas P à esquerda pode ser usado. Para isso, ambos os lados são divididos por V: PV / V = nRT / V. Os dois Vs no lado direito se cancelam, deixando P = nRT / V.
Podemos usá-lo para substituir cada P à direita que representa um determinado gás na fórmula da pressão parcial: P_total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …

Parte 2 de 3: Calculando a pressão parcial, depois a pressão total

Etapa 1. Determine a equação da pressão parcial para cada gás que você está calculando

Para este cálculo, assume-se que um frasco de 2 litros contém 3 gases: nitrogênio (N₂), oxigênio (O₂), e dióxido de carbono (CO₂) Cada gás tem massa de 10 ge temperatura de 37 graus Celsius. Vamos calcular a pressão parcial de cada gás e a pressão total da mistura de gases no frasco químico.

A fórmula da pressão parcial é P_total = P_azoto + P_oxigênio + P_{dióxido de carbono}.
Como estamos procurando a pressão de cada gás com volume e temperatura conhecidos, o número de moles de cada gás pode ser calculado com base em sua massa. A fórmula pode ser alterada para: P_total = (nRT / V) _azoto + (nRT / V) _oxigênio + (nRT / V) _{dióxido de carbono}

Etapa 2. Converta a temperatura em graus Kelvin

A temperatura em Celsius é de 37 graus, então some 273 a 37 para obter 310 graus K.

Etapa 3. Encontre o número de moles de cada gás presente na amostra

O número de moles de um gás é a massa do gás dividida por sua massa molar, que é a soma das massas atômicas de cada átomo na mistura.

Para gás nitrogênio (N₂), cada átomo tem uma massa atômica de 14. Como o nitrogênio é diatômico (uma molécula de dois átomos), o valor de 14 deve ser multiplicado por 2 para obter uma massa molar de 28 para o nitrogênio nesta amostra. Em seguida, a massa em gramas, 10g, é dividida por 28, para obter o número de moles, então o resultado é cerca de 0,4 moles de nitrogênio.
Para o próximo gás, oxigênio (O₂), cada átomo tem uma massa atômica de 16. O oxigênio também é diatômico, então 16 vezes 2 dá a massa molar de oxigênio na amostra 32. 10 gramas dividido por 32 dá aproximadamente 0,3 moles de oxigênio.
Em seguida vem o dióxido de carbono (CO₂), que tem 3 átomos, a saber, um átomo de carbono com uma massa atômica de 12 e dois átomos de oxigênio com uma massa atômica de 16. Essas três massas atômicas são adicionadas para obter a massa molar: 12 + 16 + 16 = 44. Os próximos 10 gramas são divididos por 44, então o resultado é cerca de 0,2 moles de dióxido de carbono.

Etapa 4. Insira os valores molares, volume e temperatura

Os números foram inseridos na fórmula: P_total = (0, 4 * R * 310/2) _azoto + (0, 3 * R * 310/2) _oxigênio + (0, 2 * R * 310/2) _{dióxido de carbono}.

Para simplificar, as unidades não são escritas. Essas unidades serão apagadas nos cálculos matemáticos, restando apenas as unidades de pressão

Etapa 5. Insira o valor da constante R

As pressões total e parcial serão expressas em unidades atmosféricas, então o valor de R utilizado é 0,0821 L atm / K mol. Este valor é então inserido na equação para que a fórmula seja P_total =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _azoto + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oxigênio + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{dióxido de carbono}.

Etapa 6. Calcule as pressões parciais para cada gás

Agora que todos os valores necessários estão disponíveis, é hora de fazer as contas.

Para a pressão parcial de nitrogênio, 0,4 moles é multiplicado por uma constante de 0,0821 e uma temperatura de 310 graus K, então dividido por 2 litros: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm, aproximadamente.
Para a pressão parcial de oxigênio, 0,3 moles é multiplicado por uma constante de 0,0821 e uma temperatura de 310 graus K, então dividido por 2 litros: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm, aproximadamente.
Para a pressão parcial de dióxido de carbono, 0,2 moles são multiplicados por uma constante de 0,0821 e uma temperatura de 310 graus K, então divididos por 2 litros: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, aproximadamente.
As três pressões parciais são então somadas para obter a pressão total: P_total = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 ou 11,45 atm, mais ou menos.

Parte 3 de 3: Calculando a pressão total, depois parcial

Etapa 1. Determine a fórmula da pressão parcial como antes

Novamente, suponha que um frasco de 2 litros contenha 3 gases diferentes: nitrogênio (N₂), oxigênio (O₂), e dióxido de carbono (CO₂) A massa de cada gás é de 10 gramas e a temperatura de cada um é de 37 graus C.

A temperatura em Kelvin ainda é a mesma 310 graus e o número de moles é de aproximadamente 0,4 moles de nitrogênio, 0,3 moles de oxigênio e 0,2 moles de dióxido de carbono.
A unidade de pressão usada também é a atmosfera, então o valor da constante R é 0,0821 L atm / K mol.
Portanto, a equação da pressão parcial ainda é a mesma neste ponto: P_total =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _azoto + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oxigênio + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{dióxido de carbono}.

Etapa 2. Adicione o número de moles de cada gás na amostra para obter o número total de moles da mistura de gases

Uma vez que o volume e a temperatura são os mesmos para cada amostra de gás, e cada valor molar também é multiplicado pela mesma constante, podemos usar a propriedade distributiva da matemática para reescrever a equação da seguinte maneira:_total = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Faça as contas: 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 moles de mistura de gás. A equação será mais simples, ou seja, P_total = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Etapa 3. Calcule a pressão total da mistura de gases

Faça a multiplicação: 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 moles, mais ou menos.

Etapa 4. Calcule a proporção de cada gás que compõe a mistura

Para calcular a proporção de cada gás na mistura, divida o número de mols de cada gás pelo número total de mols.

Existem 0,4 moles de nitrogênio, então 0,4 / 0,9 = 0,44 (44 por cento) da amostra, mais ou menos.
Existem 0,3 moles de nitrogênio, então 0,3 / 0,9 = 0,33 (33 por cento) da amostra, mais ou menos.
Existem 0,2 moles de dióxido de carbono, então 0,2 / 0,9 = 0,22 (22 por cento) da amostra, mais ou menos.
Embora o cálculo da porcentagem estimada acima retorne 0,99, o valor decimal real se repete. Isso significa que depois do ponto decimal, o número é 9, que se repete. Por definição, esse valor é igual a 1 ou 100 por cento.

Etapa 5. Multiplique a proporção da quantidade de cada gás pela pressão total para calcular a pressão parcial

Multiplique 0,44 * 11,45 = 5,04 atm, mais ou menos.
Multiplique 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, mais ou menos.
Multiplique 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, mais ou menos.

Pontas

Há uma ligeira diferença de valor entre o cálculo da pressão parcial primeiro e depois a pressão total e o cálculo da pressão total primeiro e depois a pressão parcial. Observe que os valores fornecidos acima são expressos como valores aproximados devido ao arredondamento para 1 ou 2 casas decimais para facilitar a compreensão. Se os cálculos fossem feitos sozinho com uma calculadora e sem arredondamento, haveria menos diferença entre os dois métodos ou nenhuma diferença