فشار جزئی برابر است. نحوه محاسبه فشار جزئی

اسمز

اسمز- پدیده انتشار انتخابی نوع خاصی از ذرات از طریق یک پارتیشن نیمه تراوا. این پدیده برای اولین بار توسط ابوت شرح داده شد نوله در سال 1748. پارتیشن‌هایی که فقط در برابر آب یا سایر حلال‌ها قابل نفوذ هستند و در برابر مواد محلول، هم با وزن مولکولی کم و هم غیرقابل نفوذ هستند، می‌توانند از لایه‌های پلیمری (کلودیون) یا رسوبات ژل مانند، به عنوان مثال، مس فروسیانید Cu 2 ساخته شوند. زمانی که مواد متخلخل برای اولین بار در محلول غوطه ور می شوند، این رسوب در منافذ پارتیشن فیلتر شیشه ای تشکیل می شود. سولفات مس(CuSO 4 x 5H 2 O)، و سپس نمک خون زرد K 2. مواد از طریق چنین پارتیشنی پخش می شوند که مورد مهم اسمز است و امکان اندازه گیری فشار اسمزی را فراهم می کند. فشار اسمزی- معیاری از تمایل یک املاح به حرکت در اثر حرکت حرارتی در طی فرآیند انتشار از یک محلول به یک حلال خالص. به طور مساوی در کل حجم حلال توزیع می شود و غلظت اولیه محلول را کاهش می دهد.

به دلیل فشار اسمزی، نیرو باعث بالا رفتن مایع می شود، این فشار اسمزی با فشار هیدرواستاتیک متعادل می شود. هنگامی که سرعت مواد پخش کننده برابر شود، اسمز متوقف می شود.

الگوها:

1. در دمای ثابت، فشار اسمزی محلول با غلظت املاح نسبت مستقیم دارد.

2. فشار اسمزی متناسب با دمای مطلق است.

در سال 1886 جی جی وانت هاف نشان داد که بزرگی فشار اسمزی را می توان بر حسب حالت گاز بیان کرد

P پایه V = RT.

قانون آووگادروقابل استفاده برای محلول های رقیق: در حجم های مساوی گازهای مختلفدر همان دما و فشار اسمزی یکسان، همان تعداد ذرات محلول وجود دارد. محلول های مواد مختلف با غلظت مولی یکسان در یک دما فشار اسمزی یکسان دارند. چنین راه حل هایی نامیده می شوند ایزوتونیک

فشار اسمزی به ماهیت مواد محلول بستگی ندارد، بلکه به غلظت بستگی دارد. اگر حجم با غلظت جایگزین شود، دریافت می کنیم:

در نظر بگیریم قانون وانت هاف: فشار اسمزی محلول از نظر عددی برابر با فشاری است که ایجاد می کند مقدار داده شدهاملاح، اگر به شکل بود گاز ایده آلدر دمای معین حجمی برابر با حجم محلول اشغال می کند.

تمام قوانین توصیف شده در مورد محلول های بی نهایت رقیق اعمال می شود.

فشار جزئی- فشاری که گاز موجود در مخلوط گاز وارد می کند در صورتی که تمام گازهای دیگر از آن خارج شوند، مشروط بر اینکه دما و حجم آن ثابت بماند.

فشار کل مخلوط گاز تعیین می شود قانون دالتون: فشار کل مخلوطی از گازها که حجم معینی را اشغال می کند برابر است با مجموع فشارهای جزئی که هر گاز در صورت اشغال حجمی برابر با حجم مخلوط گازها خواهد داشت.

P = P 1 + آر 2 + آر 3 + … + R k,

جایی که آر- فشار کل؛

R k- فشار جزئی قطعات

فشار جزئی (lat. partialis - جزئی، از lat. pars - part) فشاری است که گاز موجود در یک مخلوط گازی اگر به تنهایی حجمی برابر با حجم مخلوط را در همان دما اشغال کند، خواهد داشت. در این مورد از قانون فشارهای جزئی نیز استفاده می کنند: فشار کل یک مخلوط گاز برابر است با مجموع فشارهای جزئی تک تک گازهایی که این مخلوط را تشکیل می دهند، یعنی Ptotal = P1 + P2 + .. + صص

از عبارت قانون چنین بر می آید که فشار جزئی فشار جزئی است که توسط یک گاز منفرد ایجاد می شود. در واقع، فشار جزئی فشاری است که یک گاز معین اگر به تنهایی کل حجم را اشغال کند، ایجاد می کند.

12. مفاهیم: سیستم، فاز، محیط، کلان و ریز حالت را تعریف کنید.

سیستممجموعه ای از مواد متقابل جدا شده از محیط است. تمیز دادن همگنوناهمگونسیستم های.

سیستم نامیده می شود ترمودینامیکی، اگر بتوان گرما و ماده را بین اجسام تشکیل دهنده آن مبادله کرد و اگر سیستم کاملاً با مفاهیم ترمودینامیکی توصیف شده باشد.

بسته به ماهیت تعامل با محیط، سیستم ها متمایز می شوند باز، بستهوجدا شدهحمام ها.

هر حالت سیستم با مجموعه خاصی از مقادیر پارامترهای ترمودینامیکی (پارامترهای حالت، توابع حالت) مشخص می شود.

13. کمیت های ترمودینامیکی اصلی را که وضعیت سیستم را مشخص می کند نام ببرید. معنای مفاهیم «انرژی درونی سیستم و آنتالپی» را در نظر بگیرید.

پارامترهای اساسی وضعیت سیستمچنین پارامترهایی وجود دارند که می توانند مستقیماً اندازه گیری شوند (دما، فشار، چگالی، جرم و غیره).

پارامترهای حالتی که نمی توانند مستقیماً اندازه گیری شوند و به پارامترهای اساسی بستگی دارند، نامیده می شوند توابع دولت(انرژی داخلی، آنتروپی، آنتالپی، پتانسیل های ترمودینامیکی).

در حین واکنش شیمیایی(انتقال یک سیستم از یک حالت به حالت دیگر)، انرژی داخلی سیستم U تغییر می کند:

U = U 2 -U 1 که در آن U 2 و U 1 انرژی داخلی سیستم در حالت نهایی و اولیه هستند.

مقدار U مثبت است (U> 0) اگر انرژی داخلی سیستم افزایش یابد.

آنتالپی سیستم و تغییر آن .

کار A را می توان به کار بسط A = pV (p = const) تقسیم کرد.

و انواع دیگر کار A" (کار مفید) به جز کارهای توسعه: A = A" + pV،

جایی که p فشار خارجی است. V- تغییر حجم (V= V 2 - V\); V 2 - حجم محصولات واکنش. V 1 - حجم مواد اولیه.

بر این اساس، معادله (2.2) در فشار ثابت به صورت: Q p = U + A" + pV نوشته خواهد شد.

اگر هیچ نیروی دیگری به جز فشار ثابت روی سیستم وارد نشود، یعنی در طول یک فرآیند شیمیایی، تنها نوع کار، کار انبساط است، آنگاه A" = 0.

در این صورت معادله (2.2) به صورت زیر نوشته می شود: Q p = U + pV.

با جایگزینی U= U 2 – U 1، بدست می آوریم: Q P =U 2 -U 1+ pV 2 + pV 1 =(U 2 + pV 2)-(U 1 + pV 1). تابع مشخصه U + pV = H نامیده می شود آنتالپی سیستم. این یکی از توابع ترمودینامیکی است که یک سیستم را در فشار ثابت مشخص می کند. با جایگزینی معادله (2.8) به (2.7)، به دست می آوریم: Q p = H 2 -H 1 = r H.

در شرایط عادی، فرد هوای معمولی را تنفس می کند که ترکیب نسبتاً ثابتی دارد (جدول 1). همیشه در هوای بازدم اکسیژن کمتر و بیشتر وجود دارد دی اکسید کربن. هوای آلوئولی دارای کمترین اکسیژن و بیشترین دی اکسید کربن است. تفاوت در ترکیب هوای آلوئولی و هوای بازدمی با این واقعیت توضیح داده می شود که دومی مخلوطی از هوای فضای مرده و هوای آلوئولی است.

هوای آلوئولی محیط گاز داخلی بدن است. ترکیب گاز خون شریانی به ترکیب آن بستگی دارد. مکانیسم های تنظیمی ثبات ترکیب هوای آلوئولی را حفظ می کنند. ترکیب هوای آلوئولی در طول تنفس آرام بستگی کمی به مراحل دم و بازدم دارد. به عنوان مثال، محتوای دی اکسید کربن در پایان دم تنها 0.2-0.3٪ کمتر از پایان بازدم است، زیرا با هر استنشاق تنها 1/7 هوای آلوئولی تجدید می شود. علاوه بر این، به طور مداوم در طول دم و بازدم رخ می دهد، که به یکسان شدن ترکیب هوای آلوئولی کمک می کند. با تنفس عمیق، وابستگی ترکیب هوای آلوئولی به دم و بازدم افزایش می یابد.

جدول 1. ترکیب هوا (در درصد)

تبادل گاز در ریه ها در نتیجه انتشار اکسیژن از هوای آلوئولی به خون (حدود 500 لیتر در روز) و دی اکسید کربن از خون به هوای آلوئولی (حدود 430 لیتر در روز) اتفاق می افتد. انتشار به دلیل اختلاف فشار جزئی این گازها در هوای آلوئولی و کشش آنها در خون رخ می دهد.

فشار جزئی گاز: مفهوم و فرمول

فشار جزئی گازدر یک مخلوط گازی با درصد گاز و فشار کل مخلوط متناسب است:

برای هوا: P اتمسفر = 760 میلی متر جیوه. هنر. اکسیژن C = 20.95٪.

بستگی به ماهیت گاز دارد. کل مخلوط گازی هوای اتمسفر 100٪ در نظر گرفته می شود و فشار آن 760 میلی متر جیوه است. هنر، و بخشی از گاز (اکسیژن - 20.95٪) به عنوان گرفته شده است ایکس.بنابراین فشار جزئی اکسیژن در مخلوط هوا 159 میلی متر جیوه است. هنر هنگام محاسبه فشار جزئی گازها در هوای آلوئولی، باید در نظر داشت که با بخار آب اشباع شده است که فشار آن 47 میلی متر جیوه است. هنر در نتیجه، نسبت مخلوط گازی که بخشی از هوای آلوئولی است، فشار 760 میلی‌متر جیوه را محاسبه نمی‌کند. هنر، و 760 - 47 = 713 میلی متر جیوه. هنر این فشار 100% در نظر گرفته می شود. از اینجا به راحتی می توان محاسبه کرد که فشار جزئی اکسیژن موجود در هوای آلوئولی به میزان 14.3 درصد برابر با 102 میلی متر جیوه خواهد بود. هنر. بر این اساس، محاسبه فشار جزئی دی اکسید کربن نشان می دهد که برابر با 40 میلی متر جیوه است. هنر

فشار جزئی اکسیژن و دی اکسید کربن در هوای آلوئولی نیرویی است که مولکول های این گازها با آن تلاش می کنند تا به غشای آلوئولی به داخل خون نفوذ کنند.

انتشار گازها از طریق یک مانع از قانون فیک پیروی می کند. از آنجایی که ضخامت غشا و ناحیه انتشار یکسان است، انتشار به ضریب انتشار و گرادیان فشار بستگی دارد:

گاز Q- حجم گاز عبوری از بافت در واحد زمان؛ اس - منطقه پارچه؛ DK - ضریب انتشار گاز؛ (P 1, - P 2) - گرادیان فشار جزئی گاز؛ T ضخامت سد بافتی است.

با توجه به اینکه در خون آلوئولی که به سمت ریه ها جریان دارد، کشش جزئی اکسیژن 40 میلی متر جیوه است. هنر، و دی اکسید کربن - 46-48 میلی متر جیوه. هنر، سپس گرادیان فشار تعیین کننده انتشار گازها در ریه ها خواهد بود: برای اکسیژن 102 - 40 = 62 میلی متر جیوه. هنر. برای دی اکسید کربن 40 - 46 (48) = منهای 6 - منهای 8 میلی متر جیوه. هنر از آنجایی که ضریب انتشار دی اکسید کربن 25 برابر بیشتر از اکسیژن است، دی اکسید کربن فعال تر از اکسیژن در جهت مخالف از مویرگ ها به داخل آلوئول ها حرکت می کند.

در خون، گازها در حالت محلول (آزاد) و از نظر شیمیایی متصل هستند. فقط مولکول های گاز محلول در انتشار شرکت می کنند. مقدار گاز حل شده در مایع به موارد زیر بستگی دارد:

• در مورد ترکیب مایع؛
• حجم و فشار گاز در مایع؛
• دمای مایع؛
• ماهیت گاز مورد مطالعه

هر چه فشار و دمای گاز معین بیشتر باشد، گاز بیشتری در مایع حل می شود. در فشار 760 میلی متر جیوه. هنر و دمای 38 درجه سانتیگراد، 2.2 درصد اکسیژن و 5.1 درصد دی اکسید کربن در 1 میلی لیتر خون حل می شود.

انحلال گاز در یک مایع تا زمانی ادامه می یابد که یک تعادل دینامیکی بین تعداد مولکول های گاز حل شده و فرار به داخل محیط گازی ایجاد شود. نیرویی که با آن مولکول های گاز محلول تمایل به فرار به محیط گازی دارند، نامیده می شود کشش گاز در مایعبنابراین، در حالت تعادل، کشش گاز برابر با فشار جزئی گاز در مایع است.

اگر فشار جزئی گاز از ولتاژ آن بیشتر باشد، گاز حل می شود. اگر فشار جزئی گاز کمتر از ولتاژ آن باشد، گاز محلول را در محیط گازی ترک می کند.

فشار جزئی و کشش اکسیژن و دی اکسید کربن در ریه ها در جدول آورده شده است. 2.

جدول 2. فشار و کشش جزئی اکسیژن و دی اکسید کربن در ریه ها (mmHg)

انتشار اکسیژن با اختلاف فشار جزئی در آلوئول ها و خون تضمین می شود که برابر با 62 میلی متر جیوه است. هنر، و برای دی اکسید کربن تنها حدود 6 میلی متر جیوه است. هنر زمان جریان خون از طریق مویرگ های دایره کوچک (به طور متوسط ​​0.7 ثانیه) برای یکسان سازی تقریباً کامل فشار جزئی و کشش گازها کافی است: اکسیژن در خون حل می شود و دی اکسید کربن به هوای آلوئولی می رود. انتقال دی اکسید کربن به هوای آلوئولی با اختلاف فشار نسبتاً کمی با ظرفیت انتشار بالای ریه ها برای این گاز توضیح داده می شود.

مسئله 41.
مخلوط 0.04 متر 3 نیتروژن تحت فشار 96 کیلو پاسکال (720 میلی متر جیوه)، با 0.02 متر مکعب اکسیژن. حجم کل مخلوط 0.06 متر است 3 و فشار کل 97.6 کیلو پاسکال (732 میلی متر جیوه) است. فشار اکسیژن گرفته شده چقدر بود؟
راه حل :
با توجه به شرایط مسئله، حجم نیتروژن 1.5 برابر (0.06/0.04 = 1.5) افزایش یافت و حجم اکسیژن 3 برابر (0.06/0.02 = 3) افزایش یافت. فشار جزئی گازها به همان میزان کاهش یافت.

از این رو،

از اینجا با توجه به اینکه حجم اکسیژن قبل از اختلاط سه برابر بیشتر از بعد از اختلاط بود، فشار اکسیژن را قبل از اختلاط محاسبه می کنیم:

پاسخ: P کل . = 100.8 کیلو پاسکال.

مسئله 42.
مخلوط گاز از 2 لیتر H 2 (P = 93.3 کیلو پاسکال) و 5 لیتر CH 4 (P = 112 کیلو پاسکال) تهیه می شود. حجم مخلوط 7 لیتر است. فشار جزئی گازها و فشار کل مخلوط را بیابید.
راه حل:
با توجه به شرایط مسئله، حجم هیدروژن 3.5 برابر (7/2 = 3.5) و حجم متان 1.4 برابر (7/5 = 1.4) افزایش یافت. فشار جزئی گازها به همان میزان کاهش یافت.

بر اساس قانون فشارهای جزئی، فشار کل مخلوطی از گازهایی که با یکدیگر برهمکنش ندارند برابر است با مجموع فشارهای جزئی گازهای تشکیل دهنده سیستم (مخلوط).

پاسخ:

مسئله 43.
مخلوط گاز از NO و CO 2 تشکیل شده است. اگر فشار جزئی گازها به ترتیب برابر با 36.3 و 70.4 کیلو پاسکال (272 و 528 میلی متر جیوه) باشد، مقدار حجمی گازهای مخلوط را (بر حسب درصد) محاسبه کنید.
راه حل:
مطابق با قانون دالتونفشار جزئی یک گاز معین با کسر مولی آن در فشار کل مخلوط گازها نسبت مستقیم دارد:

که در آن P (مخلوط) فشار کل مخلوط است. Р(А) - فشار جزئی یک گاز معین. (A) کسر مولی یک گاز معین است.

بر اساس قانون فشارهای جزئی، فشار کل مخلوطی از گازهایی که با یکدیگر برهمکنش ندارند برابر است با مجموع فشارهای جزئی گازهای تشکیل دهنده سیستم (مخلوط).

پاسخ: 34.02% NO; 65.98٪ CO.

مسئله 44.
در یک ظرف بسته با ظرفیت 0.6 متر مکعب مخلوطی در دمای 0 0 C وجود دارد که از 0.2 کیلوگرم CO 2، 0.4 کیلوگرم 02 و 0.15 کیلوگرم CH 4 تشکیل شده است. محاسبه: الف) فشار کل مخلوط. ب) فشار جزئی هر گاز. ج) درصد ترکیب حجمی مخلوط.
راه حل:
بیایید مقدار کل گازهای موجود در مخلوط را با استفاده از معادله محاسبه کنیم:

مقدار گاز کجاست، کیلومترول؛ متر - جرم گاز، کیلوگرم؛ M جرم مولکولی گاز، کیلوگرم بر مول است. سپس:

الف) فشار کل مخلوط گاز با این رابطه تعیین می شود: سپس:

ب) فشار جزئی گاز با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود:

که در آن Rk و k به ترتیب فشار جزئی و مقدار گاز در مخلوط هستند.

ج) حجم جزئی گازها را با استفاده از معادله محاسبه می کنیم: سپس

نسبت حجم جزئی (کاهش یافته) گازهای منفرد به حجم کل مخلوط را کسر حجمی می نامند و با فرمول تعیین می شود:

پاسخ:

مسئله 45.
مخلوط گاز از 0.03 m 3 CH 4، 0.04 m 3 H 2 و 0.01 m 3 CO تهیه شده است. فشارهای اولیه CH 4، H 2 و CO به ترتیب 96، 84 و 108.8 کیلو پاسکال (720، 630 و 816 میلی‌متر جیوه) بود. حجم مخلوط 0.08 متر مکعب است. فشار جزئی گازها و فشار کل مخلوط را تعیین کنید.
راه حل:
با توجه به شرایط مسئله، حجم متان پس از اختلاط 2.67 برابر (0.08/0.03 = 2.67)، حجم هیدروژن 2 برابر (0.08/0.04 = 2) و حجم افزایش یافت. مونوکسید کربن– 8 بار (0.08/0.01 = 8). فشار جزئی گازها به همان میزان کاهش یافت. از این رو،

بر اساس قانون فشارهای جزئی، فشار کل مخلوطی از گازهایی که با یکدیگر برهمکنش ندارند برابر است با مجموع فشارهای جزئی گازهای تشکیل دهنده سیستم (مخلوط).
از اینجا:

پاسخ:

مسئله 46.
در گازومتر بالای آب 7.4 لیتر اکسیژن در دمای 23 درجه سانتیگراد و فشار 104.1 کیلو پاسکال (781 میلی متر جیوه) وجود دارد. فشار بخار آب اشباع در دمای 23 درجه سانتیگراد 2.8 کیلو پاسکال (21 میلی متر جیوه) است. اکسیژن گازومتر در شرایط عادی چه حجمی را اشغال می کند؟
راه حل:
فشار جزئی اکسیژن برابر با اختلاف است فشار کلو فشار جزئی بخار آب:

نشان دادن حجم مورد نیاز از طریق و با استفاده از معادله ترکیبی قوانین بویل-ماریوت و گی-لوساک، ما پیدا می کنیم:

که در آن P و V فشار و حجم گاز در دمای T = 296 K (273 + 23 = 296) است. P 0 = 101.325 kPa; T 0 = 273K; P = 104.1 کیلو پاسکال؛ -حجم گاز به شماره

پاسخ: V 0 = 6.825l.