חוק דלתון. חוק הלחצים החלקיים של דלתון

ג'ון דלטון (1766-1844) היה חוקר גדול בחוקת החומר, והיה ידוע בעיקר בזכות התיאוריה האטומית שלו. עם זאת, הוא גם הביא תרומות רבות אחרות למדע. ביניהם התרומה לכימיה ופיזיקה בנוגע לה החוק שהוקם בשנת 1801 המתייחס ללחצים חלקיים של גזים בתערובות גזיות.

ג'ון דלטון (1766-1844)

זֶה חוק דלתון אומר את הדברים הבאים:

באופן כללי, יש לנו:

פ_{סך הכל} = P₁ + P₂ + P₃ + ... אוֹ פ_{סך הכל} = ΣP

לדוגמא, בואו נדמיין את היווצרות תערובת גז של גז הליום וגז חמצן. בתחילה שני הגזים הללו נמצאים במיכלים נפרדים, שלכל גז נפח משלו, לחץ משלו וטמפרטורה משלו. לאחר מכן, מערבבים כמויות שוות של גזים אלה במיכל יחיד ונשמרים באותה טמפרטורה.

בהתחשב בגזים אלה כאידיאליים, הם לא יגיבו זה עם זה, והתערובת תגיב יתנהג כאילו מדובר בגז יחיד והלחץ של כל רכיב יהיה בלתי תלוי בלחץ. של אחרים. לכן, הלחץ של תערובת זו יהיה שווה לסכום הלחצים המופעלים על ידי כל אחד ממרכיביו בתערובת, כלומר:

פ_{סך הכל} = P_הוא + P_או2

חשוב להדגיש כי הלחץ החלקי של כל גז אינו הלחץ שהפעיל לפני הכניסה לתערובת, כשהוא מבודד, אלא הוא תואם את הלחץ שהיא הייתה מפעילה אם היא לבדה, תופסת את הנפח הכולל של התערובת ובאותה טמפרטורה בה התערובת, כלומר הלחץ שלה בתוך לְעַרְבֵּב.

הנה דוגמה: אוויר הוא תערובת גז המורכבת בעצם מ 80% גז חנקן ו- 20% גז חמצן. תאר לעצמך שצמיג מכויל בלחץ 2.0 אטמ 'על ידי מדחס אוויר. הלחץ הכולל של התערובת בתוך הצמיג הוא 2.0 כספומט. מכיוון שחוק דלתון אומר כי הלחץ הכולל הוא סכום הלחצים החלקיים של כל גז בתערובת, אנו יכולים להסיק כי הלחץ החלקי של גז חנקן בתערובת זו הוא 1.6 atm (80% מ- 2.0 atm) וזה של גז חמצן הוא 0.4 atm (20% של 2.0 atm).

אם אנו משתמשים במשוואת מצב הגז האידיאלית, יש לנו שהלחץ החלקי של כל אחד מהגזים הללו שווה ל:

פ_הוא = n_הואRT
ו
פ_O2 = n_O2RT
ו

שים לב שלחצים חלקיים הם ביחס ישר למספר השומות (n). לפיכך, הלחץ הכולל עומד גם ביחס ישר לסכום המספר הכולל של השומות (moln):

פ_{סך הכל} = Σלא RT
ו

באמצעות קשרים אלה אנו יכולים לקבוע כמות כימית חשובה נוספת: א שבר טוחן (X). זה לא יותר מאשר הקשר בין מספר השומות של אחד הגזים בתערובת לבין סכום מספר השומות של התערובת. שבר זה תואם גם את הקשר בין הלחץ החלקי של הגז ללחץ הכולל של התערובת.

אנו מגיעים לשבריר הטוחנת על ידי חלוקת משוואת הלחץ החלקי של אחד הגזים בלחץ הכולל. בואו ניקח דוגמה לגז הליום:

_P_הוא. ו  = לא_הוא RT
פ_{סך הכל}. VΣn RT
פ_הוא = לא_הוא= X_הוא
פ_{סך הכל} נ

ראה דוגמה: אם נחזור לתערובת של חנקן וחמצן שנמצאים באוויר איתו כיול הצמיג, נניח שעל כל 1 מולדת אוויר יש לנו 0.8 מול חנקן. לפיכך, השבר הטוחני של כל אחד מהגזים הללו בתערובת ניתן על ידי המשוואות להלן:

איקס_N2 = לא_N2 איקס_O2 = לא_O2
Σ_לא Σ_לא
איקס_N2 =  0.8 מול איקס_O2 =  0.2 מול
1.0 mol 1.0 mol
איקס_N2 = 0,8איקס_O2 = 0,2

זה יכול להינתן גם על ידי הלחצים החלקיים שהוזכרו לעיל:

איקס_N2 = פ_N2 איקס_O2 = פ_O2
פ_{סך הכל} פ_{סך הכל}
איקס_N2 =  1.6 כספומט איקס_O2 =  0.4 כספומט
2.0 כספומט 2.0 כספומט
איקס_N2 = 0,8איקס_O2 = 0,2

שימו לב שמכיוון ששבר הטוחנות הוא היחס בין ערך חלקי לערך כולל, סכום כל השברים הטוחניים בתערובת תמיד יהיה שווה ל -1:

איקס_N2 + X_o2 = 1

היבט חשוב בלחצים החלקיים של הגזים נראה בגופנו. הדם שלנו נושא גז חמצן (O₂) לתאי ורקמות הגוף ולהסיר פחמן דו חמצני (CO₂) שמשתחרר בנשימה. חילופי דברים אלה מקלים על ידי ההבדלים בלחצים חלקיים בין גזים אלה בדם רקמות, וזה תמיד קורה בכיוון האזור של לחץ גבוה יותר ללחץ נמוך יותר חלקי.

עם זאת, ניתן לפגוע בפונקציה זו במקרה של מטפסים וצוללנים שמגיעים לגבהים נמוכים מאוד או מאוד גבוהים, שם משתנה לחץ הנשימה של חמצן. מכאן, החשיבות של שימוש בציוד מתאים כגון בלוני אוויר דחוס מועשרים בחמצן.

* זיכוי עריכה: סרגיי גוריאצ'וב / Shutterstock.com

מאת ג'ניפר פוגאצה
בוגר כימיה