Cómo calcular la presión parcial: 14 pasos (con imágenes)

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Última modificación: 2024-01-19 22:12

La "presión parcial" en química es la presión que cada gas en una mezcla de gases ejerce sobre su entorno, como un matraz volumétrico, un tanque de aire de buceo o un límite atmosférico. Puede calcular la presión de cada gas en una mezcla si conoce la cantidad de gas, el volumen que ocupa y la temperatura. Las presiones parciales se pueden sumar para calcular la presión total de la mezcla de gases. Por otro lado, la presión total se puede calcular de antemano para calcular la presión parcial.

Paso

Parte 1 de 3: Comprensión de las propiedades de los gases

Paso 1. Trate cada gas como un gas "ideal"

En química, un gas ideal es un gas que interactúa con otros gases sin ser atraído por sus moléculas. Las moléculas que son solitarias pueden chocar y rebotar como bolas de billar sin deformarse.

La presión de un gas ideal aumenta cuando se comprime en un espacio más pequeño y disminuye cuando se expande en un espacio más grande. Esta relación se llama Ley de Boyle creada por Robert Boyle. Matemáticamente, la fórmula es k = P x V, o simplificada a k = PV, k es una constante, P es presión, mientras que V es volumen.
Hay varias unidades posibles de presión. Uno de ellos es Pascal (Pa). Esta unidad se define como la fuerza de un newton aplicada a una superficie de un metro cuadrado. Otra unidad es la atmósfera (atm). La atmósfera es la presión de la atmósfera terrestre al nivel del mar. Una presión de 1 atm equivale a 101,325 Pa.
La temperatura de un gas ideal aumenta con un aumento de volumen y disminuye con una disminución de volumen. Esta relación se llama Ley de Charles creada por el científico Jacques Charles. La fórmula matemática es k = V / T, donde k es el volumen y la temperatura constante, V es el volumen y T es la temperatura.
La temperatura del gas en esta ecuación se da en grados Kelvin, que se obtiene sumando el número 273 al valor de grados en Celsius.
Las dos fórmulas anteriores se pueden combinar con una ecuación: k = PV / T, que también se puede escribir como PV = kT.

Paso 2. Determine la cantidad de gas a medir

Los gases tienen masa y volumen. El volumen generalmente se mide en litros (l), pero hay dos tipos de masa.

La masa convencional se mide en gramos, pero en cantidades mayores la unidad es kilogramos.
Debido a que los gases son muy ligeros, las unidades utilizadas son la masa molecular o la masa molar. La masa molar es la suma de las masas atómicas totales de cada átomo en el compuesto que forma el gas, cada átomo en comparación con el número 12 del carbono.
Dado que los átomos y las moléculas son demasiado pequeños para contarlos, la cantidad de gas se especifica en moles. El número de moles presentes en un gas dado se puede obtener dividiendo la masa por la masa molar y se denota con la letra n.
La constante K en la ecuación del gas se puede reemplazar por el producto de n, el número de moles (moles) y la nueva constante R. Ahora la fórmula es nR = PV / T o PV = nRT.
El valor de R depende de las unidades utilizadas para medir la presión, el volumen y la temperatura del gas. Para volumen en litros, temperatura en Kelvin y presión en atmósferas, el valor es 0.0821 L atm / K mol. Este valor se puede escribir como 0.0821 L atm K^-1 Topo ^-1 para evitar el uso de barras inclinadas para representar divisiones en unidades de medida.

Paso 3. Comprender la ley de presión parcial de Dalton

Esta ley fue desarrollada por el químico y físico John Dalton, quien desarrolló por primera vez el concepto de que los elementos químicos están hechos de átomos. La ley de Dalton establece que la presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones de los gases individuales en la mezcla..

La ley de Dalton se puede escribir en la forma de la siguiente fórmula P_total = P₁ + P₂ + P₃ … La cantidad de P a la derecha del signo es igual a la cantidad de gas en la mezcla.
La fórmula de la ley de Dalton se puede ampliar cuando se trata de varios gases en los que se desconoce la presión parcial de cada gas, pero cuyo volumen y temperatura se conocen. La presión parcial de un gas es igual a la presión que presupone que el gas en esa cantidad es el único gas en el recipiente.
Para cada presión parcial se puede utilizar la fórmula del gas ideal. En lugar de usar PV = nRT, solo se puede usar P a la izquierda. Para eso, ambos lados se dividen por V: PV / V = nRT / V. Las dos V del lado derecho se cancelan entre sí, dejando P = nRT / V.
Podemos usarlo para reemplazar cada P a la derecha que representa un gas particular en la fórmula de presión parcial: P_total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃ …

Parte 2 de 3: Calcular la presión parcial, luego la presión total

Paso 1. Determine la ecuación de presión parcial para cada gas que esté calculando

Para este cálculo se asume que un matraz de 2 litros contiene 3 gases: nitrógeno (N₂), oxígeno (O₂) y dióxido de carbono (CO₂). Cada gas tiene una masa de 10 gy una temperatura de 37 grados Celsius. Calcularemos la presión parcial de cada gas y la presión total de la mezcla de gases en el matraz químico.

La fórmula de presión parcial es P_total = P_nitrógeno + P_oxígeno + P_{dióxido de carbono}.
Dado que buscamos la presión para cada gas con un volumen y una temperatura conocidos, el número de moles de cada gas se puede calcular en función de su masa. La fórmula se puede cambiar a: P_total = (nRT / V) _nitrógeno + (nRT / V) _oxígeno + (nRT / V) _{dióxido de carbono}

Paso 2. Convierta la temperatura a grados Kelvin

La temperatura en grados Celsius es de 37 grados, así que agregue 273 a 37 para obtener 310 grados K.

Paso 3. Encuentre el número de moles de cada gas presente en la muestra

El número de moles de un gas es la masa del gas dividida por su masa molar, que es la suma de las masas atómicas de cada átomo de la mezcla.

Para nitrógeno gaseoso (N₂), cada átomo tiene una masa atómica de 14. Dado que el nitrógeno es diatómico (una molécula de dos átomos), el valor de 14 debe multiplicarse por 2 para obtener una masa molar de 28 para el nitrógeno de esta muestra. A continuación, la masa en gramos, 10 g, se divide por 28, para obtener el número de moles, por lo que el resultado es aproximadamente 0,4 moles de nitrógeno.
Para el siguiente gas, oxígeno (O₂), cada átomo tiene una masa atómica de 16. El oxígeno también es diatómico, por lo que 16 veces 2 da la masa molar de oxígeno en la muestra 32. 10 gramos divididos por 32 dan aproximadamente 0,3 moles de oxígeno.
El siguiente es el dióxido de carbono (CO₂), que tiene 3 átomos, a saber, un átomo de carbono con una masa atómica de 12 y dos átomos de oxígeno con una masa atómica de 16. Estas tres masas atómicas se suman para obtener la masa molar: 12 + 16 + 16 = 44. Los siguientes 10 gramos se dividen entre 44, por lo que el resultado es aproximadamente 0,2 moles de dióxido de carbono.

Paso 4. Ingrese los valores molares, el volumen y la temperatura

Los números se ingresaron en la fórmula: P_total = (0, 4 * R * 310/2) _nitrógeno + (0, 3 * R * 310/2) _oxígeno + (0, 2 * R * 310/2) _{dióxido de carbono}.

Por simplicidad, las unidades no están escritas. Estas unidades se borrarán en los cálculos matemáticos, dejando solo las unidades de presión

Paso 5. Ingrese el valor de la constante R

Las presiones total y parcial se expresarán en unidades atmosféricas, por lo que el valor de R utilizado es 0.0821 L atm / K mol. Luego, este valor se ingresa en la ecuación para que la fórmula sea P_total =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitrógeno + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oxígeno + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{dióxido de carbono}.

Paso 6. Calcule las presiones parciales para cada gas

Ahora que todos los valores requeridos están disponibles, es hora de hacer los cálculos.

Para la presión parcial de nitrógeno, 0.4 moles se multiplican por una constante de 0.0821 y una temperatura de 310 grados K, luego se dividen por 2 litros: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 atm, aproximadamente.
Para la presión parcial de oxígeno, 0.3 moles se multiplican por una constante de 0.0821 y una temperatura de 310 grados K, luego se dividen por 2 litros: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3.82 atm, aproximadamente.
Para la presión parcial de dióxido de carbono, 0,2 moles se multiplican por una constante de 0,0821 y una temperatura de 310 grados K, luego se dividen por 2 litros: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 atm, aproximadamente.
A continuación, se suman las tres presiones parciales para obtener la presión total: P_total = 5, 09 + 3, 82 + 2, 54 o 11,45 atm, más o menos.

Parte 3 de 3: Cálculo de la presión total, luego parcial

Paso 1. Determine la fórmula de presión parcial como antes

Nuevamente, suponga que un matraz de 2 litros contiene 3 gases diferentes: nitrógeno (N₂), oxígeno (O₂) y dióxido de carbono (CO₂). La masa de cada gas es de 10 gramos y la temperatura de cada uno es de 37 grados C.

La temperatura en Kelvin sigue siendo la misma de 310 grados y el número de moles es de aproximadamente 0,4 moles de nitrógeno, 0,3 moles de oxígeno y 0,2 moles de dióxido de carbono.
La unidad de presión utilizada también es la atmósfera, por lo que el valor de la constante R es 0.0821 L atm / K mol.
Entonces, la ecuación de presión parcial sigue siendo la misma en este punto: P_total =(0, 4 * 0, 0821 * 310/2) _nitrógeno + (0, 3 *0, 0821 * 310/2) _oxígeno + (0, 2 * 0, 0821 * 310/2) _{dióxido de carbono}.

Paso 2. Sume el número de moles de cada gas en la muestra para obtener el número total de moles de la mezcla de gases

Dado que el volumen y la temperatura son los mismos para cada muestra de gas, y cada valor molar también se multiplica por la misma constante, podemos usar la propiedad distributiva de las matemáticas para reescribir la ecuación de la siguiente manera:_total = (0, 4 + 0, 3 + 0, 2) * 0, 0821 * 310/2.

Haga las sumas: 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 moles de mezcla de gases. La ecuación será más simple, a saber, P_total = 0, 9 * 0, 0821 * 310/2.

Paso 3. Calcule la presión total de la mezcla de gases

Haz la multiplicación: 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 moles, más o menos.

Paso 4. Calcule la proporción de cada gas que forma la mezcla

Para calcular la proporción de cada gas en la mezcla, divida el número de moles de cada gas por el número total de moles.

Hay 0,4 moles de nitrógeno, por lo que 0,4 / 0,9 = 0,44 (44 por ciento) muestra, más o menos.
Hay 0,3 moles de nitrógeno, por lo que 0,3 / 0,9 = 0,33 (33 por ciento) de la muestra, más o menos.
Hay 0,2 moles de dióxido de carbono, por lo que 0,2 / 0,9 = 0,22 (22 por ciento) de la muestra, más o menos.
Aunque el cálculo del porcentaje estimado anterior devuelve 0,99, el valor decimal real se repite. Esto significa que después del punto decimal el número es 9, que se repite. Por definición, este valor es igual a 1 o 100 por ciento.

Paso 5. Multiplique la proporción de la cantidad de cada gas por la presión total para calcular la presión parcial

Multiplica 0.44 * 11.45 = 5.04 atm, más o menos.
Multiplica 0.33 * 11.45 = 3.78 atm, más o menos.
Multiplica 0,22 * 11,45 = 2,52 atm, más o menos.

Consejos

Existe una ligera diferencia de valor entre calcular primero la presión parcial y luego la presión total y calcular primero la presión total y luego la presión parcial. Tenga en cuenta que los valores dados anteriormente se expresan como valores aproximados debido al redondeo a 1 o 2 lugares decimales para una mejor comprensión. Si los cálculos se hicieran solos con una calculadora y sin redondeo, habría menos diferencia entre los dos métodos o ninguna diferencia