كيفية حساب الضغط الجزئي

تنزيل المقالتنزيل المقال

يشير مصطلح "الضغط الجزئي" في علم الكيمياء للضغط الذي يبذله أحد الغازات في خليط غازي على ما يحيط به، كما هو الحال في قارورة معمل أو أسطوانة هواء لغواص أو حتى في حدود الغلاف الجوي. يمكنك أن تحسب الضغط الجزئي لكل غاز في الخليط لو علمت كمية هذا الغاز والحجم الذي يشغله ودرجة حرارته. يمكنك بعد ذلك جمع هذه الضغوط الجزئية معًا لإيجاد الضغط الكلي لمخلوط الغازات، أو يمكنك إيجاد الضغط الكلي أولًا ثمّ حساب الضغوط الجزئية.

جزء 1
جزء 1 من 3:

فهم خواص الغازات

تنزيل المقال
  1. Step 1 عامل كل غاز كأنّه غاز "مثالي".
    يعرّف الغاز المثالي في الكيمياء أنّه الغاز الذي يتفاعل مع الغازات الأخرى دون أن يتأثّر بجزيئاتها. يمكن أن تصطدم الجزيئات المفردة للغاز المثالي ببعضها، مثل: كرات البلياردو دون أن يصيبها تشوّه بأي شكل.[١]
    • تزداد ضغوط الغازات المثاليّة عندما يتم ضغطها في مساحات أصغر وتقل عندما تتوسّع في مساحات أكبر. تسمى هذه العلاقة قانون بويل على اسم العالم روبرت بويل. تكتب الصيغة الرياضيّة للقانون كالتالي k = P x V أو بالشكل المبسّط k = PV، حيث تمثّل k ثابت العلاقة وP تمثل الضغط وV كرمز للحجم.[٢]
    • يمكن التعبير عن الضغط باستخدام إحدى هذه الوحدات العديدة. أولى هذه الوحدات هي الباسكال (Pa)، يتم تعريفها أنها مقدار الضغط الناتج عن قوة مقدارها 1 نيوتن تؤثّر على مساحة 1 متر مربّع. تشتهر أيضّا وحدة الضغط الجوّي (atm) كوحدة أخرى لقياس الضغط، يتم تعريفها أنّها ضغط الغلاف الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر. يعادل 1 ضغط جوي 101.325باسكال ((1 atm = 101.325 pa.[٣]
    • تزداد درجات حرارة الغازات المثالية بزيادة أحجامهم وتقل عندما تقل أحجامهم. تسمّى هذه العلاقة قانون تشارلز نسبةَ لجاك تشارلز. تكتب الصيغة الرياضيّة للقانون كالتالي k = V / T، حيت k يمثّل ثابت التناسب بين درجة الحجم ودرجة الحرارة، ترمز V مرة أخرى للحجم وT تمثل درجة الحرارة. [٤][٥]
    • يتم إعطاء درجة حرارة الغازات في القانون السابق بمقياس درجة كلفن، يمكن حساب درجة الحرارة بالكلفن بإضافة 273 إلى درجة حرارة الغاز بمقياس درجة الحرارة المئوية.
    • يمكن دمج القانونين السابقين في معادلة واحدة كالتالي: k = PV / T، والتي يمكن كتابتها أيضَا بصيغة PV = kT.
  2. How.com.vn العربية: Step 2 حدد الكميات التي تقاس بها الغازات.
    تمتلك الغازات كتلة وحجم. يقاس حجم الغازات عادةَ بوحدة اللتر (l)، ولكن هناك نوعان من الكتلة.
    • تقاس الكتلة التقليدية بالجرام أو بالكيلوجرام؛ إذا كانت الكتلة كبيرة بما فيه الكفاية.
    • تقاس كتلة الغازات أيضَا بشكل آخر من الكتلة يسمى الكتلة الجزيئية أو الكتلة المولية وذلك لأن الغازات عادةَ ما تكون خفيفة جدَّا في الوزن. تعرف الكتلة المولية بأنها مجموع الأوزان الذرية لكل ذرة في المركب الذي يتشكل منه الغاز، وتقارن قيمة الوزن الذري لكل ذرة بقيمة 12 لذرة الكربون كمقياس للوزن الذري. [٦]
    • تقاس كميات الغازات بالمول، لأنّ الذرّات والجزيئات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن التعامل معها في الحسابات. يمكن إيجاد عدد المولات الموجودة في غاز معيّن عن طريق قسمة كتلة الغاز على الكتلة المولية ونرمز لعدد المولات بحرف n.
    • يمكننا استبدال الثابت k في معادلة الغاز بناتج عدد المولات n مضروب في ثابت جديد R. ستكتب المعادلة الجديدة كالتالي: nR = PV/T أو PV = nRT [٧]
    • تعتمد قيمة R على الوحدات المستخدمة لقياس ضغط الغاز وحجمه ودرجة حرارته. عندما يكون الحجم بوحدة اللتر ودرجة الحرارة بالكلفن والضغط بوحدة الضغط الجوي، ستكون قيمة الثابت العام للغازات R تساوي 0.0821 L atm/K mol. يمكن أن تكتب أيضَا 0.0821 L atm K-1 mol -1 لتجنب استخدام شرطة القسمة بوحدات القياس.[٨]
  3. How.com.vn العربية: Step 3 افهم قانون دالتون للضغوط الجزئية.
    أنشأ هذا القانون عالم الكيمياء والفيزياء جون دالتون، الذي قدّم لأول مرة مفهوم أن العناصر الكيميائية تتكوّن من ذرات[٩]. ينص قانون دالتون أنّ الضغط الكلّي لخليط من الغازات هو مجموع ضغوط كل غاز في الخليط.
    • يمكن كتابة قانون دالتون في شكل معادلة كالتالي: Ptotal = P1 + P2 + P3 مع إضافة جميع ضغوط الغازات الجزئية بعد علامة يساوي الموجودة في المعادلة.
    • يمكن استخدام قانون دالتون أيضَا لإيجاد الضغط الكلي لمخلوط من الغازات حتى لو كانت الضغوط الجزئية للغازات المكوّنة للخليط غير معروفة، لكن يجب أن نعرف أحجام ودرجات حرارة تلك الغازات. يتم تعريف الضغط الجزئي لغازِ ما أنّه الضغط الذي يمارسه هذه الغاز لو شغل بمفرده حجم الوعاء كاملَا.
    • يمكننا إعادة كتابة معادلة الغاز المثالي بحيت يصبح الضغط P في الجانب الأيسر من المعادلة بمفرده قبل علامة يساوي وذلك لكل الضغوط الجزئية. نقسم كلا طرفي المعادلة على الحجم V: V: PV/V = nRT/V. يتم اختصار الحجم على الجانب الأيسر لوجوده في البسط والمقام، فيصبح شكل المعادلة P = nRT/V.
    • يمكننا بعد ذلك استبدال كل P موجودة على الجانب الأيمن من معادلة الضغط الجزئي: Ptotal =(nRT/V) 1 + (nRT/V) 2 + (nRT/V) 3
جزء 2
جزء 2 من 3:

حساب الضغوط الجزئية ثم الضغط الكلي

تنزيل المقال
  1. How.com.vn العربية: Step 1 حدّد معادلة الضغط الجزئي للغازات التي تعمل عليها.
    لنقوم بتلك الحسابات، سنفترض أنّنا نمتلك قارورة سعتها 2 لتر تحمل 3 غازات،النيتروجين (N2) والأكسجين (O2) وثاني أكسيد الكربون (CO2). يوجد 10 جرام من كل غاز ودرجة حرارة كل غاز 37 درجة مئوية. نحتاج أن نحسب الضغط الجزئي لكل غاز، والضغط الكلي الذي يؤثّر به خليط تلك الغازات على الوعاء.
    • تصبح الآن معادلتنا للضغط الجزئي Ptotal = Pnitrogen + Poxygen + Pcarbon dioxide.
    • نستطيع الآن إعادة كتابة هذه المعادلة حيث أنّنا نحاول أن نجد الضغط الذي يمارسه كل غاز، ونعلم الحجم ودرجة الحرارة من المعطيات، ويمكننا إيجاد عدد مولات كل غاز بناءَ على الكتلة، وتكون كالتالي: Ptotal =(nRT/V) nitrogen + (nRT/V) oxygen + (nRT/V) carbon dioxide
  2. How.com.vn العربية: Step 2 حوّل درجة الحرارة لوحدة الكلفن.
    درجة الحرارة بالدرجة المئويّة (تعرف أيضَا بالسيلزيس) هي 37، لذا نجمع 273 زائد 37 فيكون الناتج 310 درجة بمقياس كلفن.
  3. How.com.vn العربية: Step 3 احسب عدد المولات لكل غاز في الإناء.
    يعرف عدد مولات الغاز أنّه كتلة هذا الغاز مقسومَا على كتلته المولية، [١٠] والتي ذكرنا أنها مجموع الأوزان الذرية لكل ذرات العنصر الموجودة في المركب.
    • بالنّسبة لغازنا الأول، النيتروجين(N2)، تملك كل ذرّة وزن ذري 14. نقوم بضرب 14 في 2 لنحصل على الكتلة الجزيئية للنيتروجين بقيمة 28لأن اليتروجين غاز ثنائي الذرة (تتكون جزيئاته من ذرتين). ثمّ نقسم الكتلة بالجرام (10 جرام) على 28 لنحسب عدد المولات في الإناء والذي سيكون حوالي 0.4 مول من النيتروجين.
    • بالنسبة لغازنا الثاني، الأكسجين (O2)، تملك كل ذرة وزن ذري 16. الأكسجين أيضَا غاز ثنائي الذرة، لذا نقوم بضرب 16 في 2 لنحصل على الكتلة الجزيئية للأكسجين بقيمة 32. ثمّ نقسم أيضَا 10 على 32 فيعطينا ذلك عدد المولات في الإناء بحوالي 0.3 مول من الأكسجين.
    • نصل لغازنا الثالث، ثاني أكسيد الكربون (CO2)، يتكوّن جزيء ثاني أكسيد الكربون من ثلاث ذرات: ذرة كربون وزنها الذري 12 وذرتي أكسجين الوزن الذري لكلِّ منهما 16. نجمع الأوزان الثلاثة: 12 + 16 + 16 = 44 وهي قيمة الكتلة المولية أي كتلة المول الواحد من ثاني أكسيد الكربون. ثمّ نقسم 10 جرام على 44 فيعطينا ذلك عدد المولات في الإناء بحوالي 0.2 مول من غاز ثاني أكسيد الكربون.
  4. How.com.vn العربية: Step 4 عوّض بقيم أعداد المولات والحجم ودرجة الحرارة قي القانون.
    ستصبح المعادلة الآن كالتالي: Ptotal =(0.4 * R * 310/2) nitrogen + (0.3 *R * 310/2) oxygen + (0.2 * R *310/2) carbon dioxide.
    • لم نكتب وحدات القياس بجانب القيم بغرض التبسيط. سيتم إلغاء هذه الوحدات على كل حال بعد أن نقوم بالحسابات الرياضية، وستظل فقط وحدة القياس المستخدمة للتعبير عن قيمة الضغط.
  5. How.com.vn العربية: Step 5 عوّض عن قيمة ثابت الغازات R.
    سنحسب الضغط الكلي والضغوط الجزئية بوحدة الضغط الجوّي، لذلك سنستخدم القيمة 0.0821 L atm/K mol للتعبير عن R. نحصل على المعادلة التالية بعد التعويض بقيمة R السابقة:Ptotal =(0.4 * R * 310/2) nitrogen + (0.3 *R * 310/2) oxygen + (0.2 * R *310/2) carbon dioxide
  6. How.com.vn العربية: Step 6 احسب الضغط الجزئي لكل غاز.
    الآن نملك كل القيم المطلوبة في معادلة الضغط الجزئي، سنقوم فقط بالحسابات الرياضية عبر التعويض في القانون.
    • بالنسبة للضغط الجزئي للنيتروجين، نقوم بضرب 0.4 مول في ثابت الغازات 0.0821 ودرجة الحرارة بالكلفن المقدّرة 310 درجة، ثمّ نقسم على الحجم 2 لتر: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 atm تقريبَا.
    • بالنسبة للضغط الجزئي للأكسجين، نقوم بضرب 0.3 مول في ثابت الغازات 0.0821 ودرجة الحرارة بالكلفن 310 درجة، ثمّ نقسم على الحجم 2 لتر: 0.3 *0.0821 * 310/2 = 3.82 atm تقريبَا.
    • بالنسبة للضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون، نقوم بضرب 0.2 مول في ثابت الغازات 0.0821 ودرجة الحرارة بالكلفن 310 درجة، ثمّ نقسم على الحجم 2 لتر: 0.2 *0.0821 * 310/2 = 2.54 atm تقريبَا.
    • نجمع الآن قيم الضغوط الجزئية للغازات السابقة لنحسب الضغط الكلّي: Ptotal = 5.09 + 3.82 + 2.54 أي 11.54 atm تقريبَا.
جزء 3
جزء 3 من 3:

حساب الضغط الكلّي ثمّ الضغوط الجزئية

تنزيل المقال
  1. How.com.vn العربية: Step 1 حدّد معادلة حساب الضغط الجزئي كالسابق.
    سنفترض مرّة أخرى قارورة حجمها 2 لتر بها خليط من الغازات الثلاثة: النيتروجين (N2) والأكسجين (O2) وثاني اكسيد الكربون (CO2). يوجد 10جرام من كل غاز، ودرجة حرارة كل غاز في القارورة تساوي 37 درجة مئوية.
    • ستظل درجة الحرارة بمقياس كلفن تساوي 310 درجة، ونملك أيضَا نفس عدد المولات من كل غاز أي 0.3 مول من الأكسجين و0.2 مول من الاكسجين و0.2 مول من ثاني أكسيد الكربون.
    • بطريقة مماثلة، سنستمر بحساب الضغط بوحدة الضغط الجوي، لذلك سنستخدم القيمة 0.0821 atm/K mol للتعبير عن ثابت الغازات R.
    • بالتّالي، ستظل معادلة الضغوط الجزئية بنفس الشكل عند هذه النقطة: Ptotal =(0.4 * 0.0821 * 310/2) nitrogen + (0.3 *0.0821 * 310/2) oxygen + (0.2 * 0.0821 * 310/2) carbon dioxide.
  2. How.com.vn العربية: Step 2 اجمع عدد مولات كل غاز لتحسب عدد المولات الكلي في خليط الغازات.
    بسبب ثبوت الحجم ودرجة الحرارة للغازات الموجودة في نفس العيّنة من خليط الغازات، ناهيك عن ضرب عدد مولات كل غاز في نفس الرقم الثابت، وبالتالي يمكننا إعادة كتابة المعادلة بعد أخذ الرقم الثابت كعامل مشترك باستخدام خاصية التوزيع الرياضية كالتالي: Ptotal = (0.4 + 0.3 + 0.2) * 0.0821 * 310/2.
    • سيتم تبسيط المعادلة بإضافة 0.4 + 0.3 + 0.2 = 0.9 مول من خليط الغازات لتصبح Ptotal = 0.9 * 0.0821 * 310/2
  3. How.com.vn العربية: Step 3 احسب الضغط الكلّي لخليط الغازات.
    اضرب 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 مول تقريبَا.
  4. How.com.vn العربية: Step 4 احسب النسبة التي يمثّلها كل غاز من الخليط الكلّي.
    سيتوجّب عليك قسمة عدد مولات كل غاز على عدد المولات الكلي.
    • يوجد 0.4 مول من النيتروجين، لذا يمثّل النيتروجين حوالي 0.4/0.9 = 0.44 (44 بالمائة) من الخليط.
    • يوجد 0.3 مول من الأكسجين، لذا يمثّل الأكسجين حوالي 0.3/0.9 = 0.33 (33 بالمائة) من الخليط.
    • يوجد 0.2 مول من ثاني أكسيد الكربون، لذا يمثّل ثاني أكسيد الكربون حوالي 0.2/0.9 = 0.22 (22 بالمائة) من الخليط.
    • قد ترى أنّ النسب المئوية السابقة إذا جمعناها سيكون الناتج 0.99 فقط، لكن يتم تكرار الكسور العشرية الفعلية، وسيكون المجموع في الواقع سلسة مكرّرة من الرقم 9 بعد العلامة العشريّة. يمثّل هذا نفس الرقم 1، أو نسبة 100 بالمائة.
  5. How.com.vn العربية: Step 5 اضرب النسبة التي...
    اضرب النسبة التي يمثلها كل غاز في الضغط الكلي لإيجاد الضغط الجزئي لكل غاز.
    • بضرب 0.44 * 11.45 = 5.04 atmتقريبَا.
    • بضرب 0.33 * 11.45 = 3.78 atmتقريبَا.
    • بضرب 0.22 * 11.45 = 2.52 atmتقريبَا.

أفكار مفيدة

  • ستلاحظ اختلافًا طفيفًا في القيم عند حساب الضغوط الجزئية أولاً ثمّ الضغط الكلّي عن القيم الناتجة عند حساب الضغط الكلّي أوّلَا ثمّ الضغوط الجزئية بعد ذلك. تذكّر أن القيم قد تم تقريبها لأقرب رقم عشري أو رقمين عشريين لجعلها أسهل في الفهم والحسابات. إذا قمت بإجراء الحسابات بنفسك باستخدام آلة حاسبة دون تقريب، فستلاحظ إما وجود اختلاف أصغر بين الطريقتين أو عدم يوجد أي اختلاف على الإطلاق.

تحذيرات

  • قد تصبح معرفة الضغوط الجزئية للغازات مسألة حياة أو موت بالنسبة للغواصين. قد يؤدي ضغط جزئي منخفض من الأكسجين في أسطوانات التنفس إلى فقدان للوعي والموت، بينما يمكن أن يكون الضغط الجزئي العالي جداً لأي من النيتروجين أو الأكسجين سامًا أيضًا.[١١]

أشياء تحتاج لاستخدامها

  • آلة حاسبة
  • مرجع علمي للأوزان الذرية والكتل المولية

المزيد حول هذا المقال

How.com.vn العربية: Bess Ruff, MA
شارك في التأليف::
حاصلة على ماجستير في العلوم البيئية والإدارة
شارك في التأليف: Bess Ruff, MA . بيس روف، طالبة دكتوراه في الجغرافيا بولاية فلوريدا. حصلت على ماجستير العلوم البيئية والإدارة من كلية برين للعلوم البيئية والإدارة وكلية الإدارة في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا عام 2016. تم عرض هذا المقال ٢٣٬١٨٩ مرة/مرات.
تم عرض هذه الصفحة ٢٣٬١٨٩ مرة.

هل ساعدك هذا المقال؟