Cách để Tính áp suất riêng phần

Trong hóa học, “áp suất riêng phần” là áp suất của từng loại khí trong hỗn hợp khí tác động lên môi trường xung quanh, như bình khí mẫu trong phòng thí nghiệm, bình cấp khí cho thợ lặn, hoặc không gian bao quanh bầu không khí. Bạn có thể tính áp suất của từng loại khí trong hỗn hợp nếu biết khối lượng, thể tích và nhiệt độ của nó. Sau đó bạn cộng các áp suất riêng phần để có áp suất toàn phần của hỗn hợp khí, hoặc bạn tìm áp suất toàn phần trước và sau đó tìm áp suất riêng phần.

Phần 1 của 3:
Hiểu các tính chất của khí

  1. 1
    Xem mỗi loại khí là khí “lý tưởng”. Trong hóa học, khí lý tưởng là khí tương tác với các khí khác mà không bị hút vào phân tử của chúng. Các phân tử khí có thể va chạm với nhau và bật ra như bóng bi-a mà hoàn toàn không bị biến dạng.[1]
    • Áp suất của khí lý tưởng tăng khi nó bị nén vào không gian nhỏ hơn và giảm khi nó phân tán vào không gian rộng hơn. Mối quan hệ này được gọi là Định luật Boyle (đặt tên theo nhà khoa học Robert Boyle). Công thức toán học thể hiện mối quan hệ này là k = P x V, hay đơn giản hơn là k = PV, trong đó k là mối quan hệ không đổi giữa áp suất và thể tích, P là áp suất và V là thể tích.[2]
    • Bài toán có thể cho áp suất theo một trong nhiều đơn vị khác nhau. Trong đó có pascal (Pa) được định nghĩa là lực một newton tác động lên một mét vuông. Một đơn vị khác là atmosphere (atm) được định nghĩa là áp suất của khí quyển trái đất tại độ cao bằng với mực nước biển. Áp suất 1 atm bằng 101.325 Pa.[3]
    • Nhiệt độ của khí lý tưởng tăng khi thể tích tăng và giảm khi thể tích giảm. Mối quan hệ này được gọi là Định luật Charles (đặt tên theo nhà khoa học Jacques Charles). Công thức toán học thể hiện mối quan hệ này là k = V / T, trong đó k là mối quan hệ không đổi giữa thể tích và nhiệt độ, V là thể tích và T là nhiệt độ. [4][5]
    • Nhiệt độ của khí trong phương trình này được tính theo độ Kelvin, và độ Kelvin được tính bằng cách cộng độ Celsius với 273.
    • Hai mối quan hệ này có thể kết hợp vào một phương trình duy nhất: k = PV / T, hoặc có thể viết là PV = kT.
  2. 2
    Định nghĩa đơn vị khối lượng dùng để đo lường khí. Khí có cả khối lượng và thể tích. Thể tích thường được đo theo lít (l), nhưng có hai dạng khối lượng của khí.
    • Khối lượng quy ước được đo bằng gam, hoặc nếu khối lượng đủ lớn thì đo bằng kilogam.
    • Vì hầu hết các loại khí thường quá nhẹ nên chúng còn được đo bằng một dạng khối lượng khác gọi là khối lượng phân tử hay khối lượng mol. Khối lượng mol được định nghĩa là tổng khối lượng nguyên tử của từng nguyên tử trong thành phần cấu tạo nên khí đó, với khối lượng mỗi nguyên tử được so sánh với khối lượng cacbon (có giá trị 12).[6]
    • Vì nguyên tử và phân tử quá nhỏ để tính toán nên khối lượng khí được định nghĩa theo mol. Số mol có trong một lượng khí có thể được tính bằng cách chia khối lượng của khí đó cho khối lượng mol, và được ký hiệu bằng ký tự n.
    • Chúng ta có thể thay thế hằng số k bất kỳ trong phương trình khí với tích số của n, số lượng mol và một hằng số mới là R. Bây giờ chúng ta có phương trình nR = PV/T hoặc PV = nRT.[7]
    • Giá trị R phụ thuộc vào đơn vị dùng để đo áp suất, thể tích và nhiệt độ của khí. Nếu thể tích tính theo lít, nhiệt độ theo độ Kelvin và áp suất theo atmosphere, giá trị này là 0,0821 L atm/K mol. Bạn cũng có thể viết là 0,0821 L atm K-1 mol -1 để tránh phải dùng dấu gạch chéo của phép chia trong đơn vị đo.[8]
  3. 3
    Định luật Dalton về áp suất riêng phần. Định luật này do nhà hóa học và vật lý John Dalton đưa ra, là người lần đầu tiên trình bày khái niệm nguyên tố hóa học được cấu tạo từ các nguyên tử.[9][10] Định luật Dalton phát biểu rằng áp suất toàn phần của hỗn hợp khí là tổng áp suất của từng khí trong hỗn hợp.
    • Định luật Dalton có thể viết thành phương trình sau Ptổng = P1 + P2 + P3 … với số lượng áp suất P bằng với số loại khí trong hỗn hợp.
    • Phương trình Định luật Dalton có thể được khai triển khi bài toán cho những khí mà áp suất riêng phần của chúng chưa biết, nhưng biết thể tích và nhiệt độ. Áp suất riêng phần của một khí chính là áp suất do cùng khối lượng khí đó gây ra trong bình chỉ chứa một mình nó.[11]
    • Đối với từng áp suất riêng phần, chúng ta có thể viết lại phương trình khí lý tưởng PV = nRT thành dạng chỉ có P ở vế bên trái của dấu bằng. Như vậy chúng ta phải chia hai vế cho V: PV/V = nRT/V. Hai chữ V bên vế trái bị triệt tiêu, cuối cùng còn lại P = nRT/V.
    • Sau đó bạn thay công thức này vào từng chữ P trong vế phải của phương trình áp suất riêng phần: Ptổng =(nRT/V) 1 + (nRT/V) 2 + (nRT/V) 3
    Quảng cáo

Phần 2 của 3:
Tính áp suất riêng phần, sau đó tính áp suất toàn phần

  1. 1
    Xác định phương trình áp suất riêng phần đối với các khí đề bài cho. Để minh họa cho cách tính này, giả sử chúng ta có một cái chai 2 lít chứa 3 loại khí: ni-tơ (N2), ô-xi (O2), và cacbon đi-ô-xít (CO2). Mỗi khí có 10g, và nhiệt độ của mỗi khí trong chai là 37 độ C. Chúng ta cần tìm áp suất riêng phần của từng khí và áp suất toàn phần của hỗn hợp khí tác động lên chai.
    • Phương trình áp suất riêng phần được viết như sau Ptổng = Pni-tơ + Pô-xi + Pcacbon đi-ô-xít.
    • Vì chúng ta đang tìm áp suất của từng khí, đã biết thể tích, nhiệt độ, và có thể tìm số mol của từng khí dựa trên khối lượng của chúng, nên phương trình này được viết lại thành: Ptổng =(nRT/V) ni-tơ + (nRT/V) ô-xi + (nRT/V) cacbon đi-ô-xít
  2. 2
    Đổi nhiệt độ sang độ Kelvin. Nhiệt độ của các khí là 37 độ C nên chúng ta cộng 37 với 273 để có 310 độ K.
  3. 3
    Tìm số mol của từng khí có trong chai. Số mol khí là khối lượng của khí đó chia cho khối lượng mol của nó,[12] mà khối lượng mol là tổng khối lượng của từng nguyên tử cấu tạo nên chất đó.
    • Đối với loại khí đầu tiên, ni-tơ có công thức phân tử (N2), mỗi nguyên tử có khối lượng là 14. Vì phân tử ni-tơ có hai nguyên tử, chúng ta phải nhân 14 cho 2 để có khối lượng phân tử ni-tơ là 28. Sau đó chia khối lượng theo gam là 10g cho 28 để có số mol, làm tròn kết quả thành xấp xỉ 0,4 mol khí ni-tơ.
    • Đối với loại khí thứ hai, ô-xi có công thức phân tử (O2), mỗi nguyên tử có khối lượng là 16. Phân tử ô-xi cũng có hai nguyên tử, chúng ta phải nhân 16 cho 2 để có khối lượng phân tử ô-xi là 32. Chia 10g cho 32 sẽ cho kết quả xấp xỉ 0,3 mol khí ô-xi trong chai.
    • Khí thứ ba là cacbon đi-ô-xít có công thức (CO2), có 3 nguyên tử: một nguyên tử cacbon có khối lượng 12, hai nguyên tử ô-xi với mỗi nguyên tử có khối lượng 16. Chúng ta cộng khối lượng ba nguyên tử: 12 + 16 + 16 = 44 là khối lượng phân tử. Chia 10g cho 44 sẽ cho kết quả xấp xỉ 0,2 mol khí cacbon đi-ô-xít.
  4. 4
    Thay các giá trị của mol, thể tích và nhiệt độ vào phương trình. Bây giờ phương trình sẽ như sau: Ptổng =(0,4 * R * 310/2) nitơ + (0,3 *R * 310/2) ô-xi + (0,2 * R *310/2) cacbon đi-ô-xít.
    • Để đơn giản chúng ta lược bỏ đơn vị đo đi theo các giá trị. Các đơn vị này sẽ bị triệt tiêu sau khi bạn giải phương trình, chỉ còn lại đơn vị đo của kết quả là áp suất.
  5. 5
    Thay giá trị của hằng số R. Chúng ta sẽ tính ra kết quả của áp suất riêng phần và áp suất toàn phần theo atmosphere, do đó sẽ dùng giá trị R là 0,0821 L atm/K mol. Thay giá trị này vào phương trình ta được Ptổng =(0,4 * 0,0821 * 310/2) nitơ + (0,3 *0,0821 * 310/2) ô-xi + (0,2 * 0,0821 * 310/2) cacbon đi-ô-xít.
  6. 6
    Tính áp suất riêng phần của từng khí. Bây giờ chúng ta đã thay các giá trị vào phương trình, việc tiếp theo là giải nó.
    • Đối với áp suất riêng phần của ni-tơ, bạn nhân 0,4 mol cho hằng số 0,0821 và nhiệt độ 310 độ K, sau đó chia cho 2 lít: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 atm (xấp xỉ).
    • Đối với áp suất riêng phần của ô-xi, bạn nhân 0,3 mol cho hằng số 0,0821 và nhiệt độ 310 độ K, sau đó chia cho 2 lít: 0,3 * 0,0821 * 310/2 = 3,82 atm (xấp xỉ).
    • Đối với áp suất riêng phần của cacbon đi-ô-xít, bạn nhân 0,2 mol cho hằng số 0,0821 và nhiệt độ 310 độ K, sau đó chia cho 2 lít: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm (xấp xỉ).
    • Bây giờ bạn cộng các áp suất này để tìm áp suất toàn phần: Ptổng = 5,09 + 3,82 + 2,54 = 11,45 atm (xấp xỉ).
    Quảng cáo

Phần 3 của 3:
Tính áp suất toàn phần, sau đó tính áp suất riêng phần

  1. 1
    Xác định phương trình áp suất riêng phần như trên. Một lần nữa, giả sử chúng ta có một cái chai 2 lít chứa 3 loại khí: ni-tơ (N2), ô-xi (O2), và cacbon đi-ô-xít (CO2). Mỗi khí có 10g, và nhiệt độ của mỗi khí trong chai là 37 độ C.
    • Nhiệt độ Kelvin vẫn là 310 độ, và cũng như trên, chúng ta có xấp xỉ 0,4 mol ni-tơ, 0,3 mol ô-xi và 0,2 mol cacbon đi-ô-xít.
    • Tương tự, chúng ta sẽ tính kết quả áp suất theo atmosphere nên sẽ sử dụng giá trị R là 0,0821 L atm/K mol.
    • Đến đây phương trình áp suất riêng phần vẫn là: Ptổng =(0,4 * 0,0821 * 310/2) nitơ + (0,3 *0,0821 * 310/2) ô-xi + (0,2 * 0,0821 * 310/2) cacbon đi-ô-xít.
  2. 2
    Cộng số mol của từng khí trong chai để tìm tổng số mol của hỗn hợp khí. Vì thể tích và nhiệt độ của các khí trong chai là giống nhau, song song đó khối lượng phân tử mỗi khí cũng được nhân cho cùng một hằng số, nên chúng ta có thể dùng tính chất phân phối của toán học để viết lại phương trình là Ptổng = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
    • Cộng 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol hỗn hợp khí. Phương trình tiếp tục được rút gọn thành Ptổng = 0,9 * 0,0821 * 310/2.
  3. 3
    Tìm áp suất toàn phần của hỗn hợp khí. Lấy 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 mol (xấp xỉ).
  4. 4
    Tìm tỷ lệ mỗi khí tạo nên hỗn hợp. Bạn chia số mol mỗi khí cho tổng số mol của hỗn hợp khí.
    • Chúng ta có 0,4 mol ni-tơ nên lấy 0,4/0,9 = 0,44 (44%) trong hỗn hợp khí (xấp xỉ).
    • Chúng ta có 0,3 mol ô-xi nên lấy 0,3/0,9 = 0,33 (33%) trong hỗn hợp khí (xấp xỉ).
    • Chúng ta có 0,2 mol cacbon đi-ô-xít nên lấy 0,2/0,9 = 0,22 (22%) trong hỗn hợp khí (xấp xỉ).
    • Mặc dù các giá trị phần trăm xấp xỉ trên đây cộng lại chỉ được 0,99, nhưng thực tế thì các số thập phân liên tục lặp lại, với giá trị tổng là một chuỗi các số 9 ở sau dấu phẩy. Theo định nghĩa thì giá trị này tương đương với 1 hoặc 100 phần trăm.
  5. 5
    Nhân tỷ lệ khối lượng mỗi khí cho áp suất toàn phần để tìm áp suất riêng phần.
    • Lấy 0,44 * 11,45 = 5,04 atm (xấp xỉ).
    • Lấy 0,33 * 11,45 = 3,78 atm (xấp xỉ).
    • Lấy 0,22 * 11,45 = 2,52 atm (xấp xỉ).
    Quảng cáo

Lời khuyên

  • Bạn sẽ thấy có sự sai lệch nhỏ giữa cách tính áp suất riêng phần trước rồi tính áp suất toàn phần với cách tính áp suất toàn phần trước rồi tính áp suất riêng phần. Nhớ rằng các giá trị tính được chỉ là số gần đúng do chúng ta làm tròn đến 1 hoặc 2 số sau dấu phẩy để chúng đơn giản hơn. Nếu chúng ta dùng máy tính để thực hiện các phép tính mà không làm tròn thì độ sai lệch giữa hai phương pháp này còn nhỏ hơn nữa, thậm chí không có sai lệch.

Cảnh báo

  • Đối với thợ lặn thì kiến thức về áp suất riêng phần của chất khí là đặc biệt quan trọng vì liên quan đến mạng sống của họ. Áp suất riêng phần của ô-xi quá thấp có thể gây ra bất tỉnh hoặc tử vong, trong khi áp suất riêng phần của ni-tơ hoặc ô-xi quá cao có thể gây ngộ độc.[13][14]

Những thứ bạn cần

  • Máy tính cầm tay
  • Sách tham khảo về khối lượng nguyên tử/khối lượng mol

Về bài wikiHow này

wikiHow là một trang "wiki", nghĩa là nhiều bài viết ở đây là nội dung của nhiều tác giả cùng viết nên. Để tạo ra bài viết này, các tác giả tình nguyện đã thực hiện chỉnh sửa và cải thiện bài viết theo thời gian.
Chuyên mục: Vật lý
Trang này đã được đọc 13.111 lần.

Bài viết này đã giúp ích cho bạn?

Quảng cáo