Prawo Daltona. Prawo Daltona Ciśnienia Parcjalnego Gazu

John Dalton (1766-1844) był wielkim badaczem budowy materii, najlepiej znanym ze swojej teorii atomowej. Jednak wniósł także wiele innych wkładów do Nauki. Wśród nich jest wkład do chemii i fizyki w zakresie jej Prawo ustanowione w 1801 r. dotyczące ciśnień parcjalnych gazów w mieszaninach gazowych.

John Dalton (1766-1844)

Że Prawo Daltona mówi co następuje:

Ogólnie mamy:

P_CAŁKOWITY =P₁ + P₂ + P₃ + ... lub P_CAŁKOWITY = P

Na przykład wyobraźmy sobie powstawanie mieszaniny gazowej helu i tlenu. Początkowo te dwa gazy znajdują się w oddzielnych pojemnikach, przy czym każdy gaz ma swoją własną objętość, własne ciśnienie i własną temperaturę. Następnie równe objętości tych gazów są mieszane w jednym pojemniku i utrzymywane w tej samej temperaturze.

Uznając te gazy za idealne, nie będą ze sobą reagować, a mieszanina będzie zachowywać się tak, jakby był pojedynczym gazem, a ciśnienie każdego składnika będzie niezależne od ciśnienia. innych. Dlatego ciśnienie tej mieszaniny będzie równe sumie nacisków wywieranych przez każdy z jej składników w mieszaninie, czyli:

P_CAŁKOWITY =P_on + P_O2

Należy podkreślić, że ciśnienie cząstkowe każdego gazu nie jest ciśnieniem, jakie wywierał przed wejściem do mieszaniny, kiedy został wyizolowany, ale odpowiada ciśnieniu że wywierałby, gdyby był sam, zajmując całkowitą objętość mieszaniny i w tej samej temperaturze, w której mieszanina jest, to znaczy jej ciśnienie w Mieszać.

Oto przykład: Powietrze to mieszanina gazów składająca się zasadniczo z 80% gazowego azotu i 20% gazowego tlenu. Wyobraź sobie, że opona jest kalibrowana przy ciśnieniu 2,0 atm przez sprężarkę powietrza. Całkowite ciśnienie mieszanki wewnątrz opony wynosi 2,0 atm. Ponieważ prawo Daltona mówi, że ciśnienie całkowite jest sumą ciśnień cząstkowych każdego gazu w mieszaninie, możemy wywnioskować, że Ciśnienie cząstkowe gazowego azotu w tej mieszaninie wynosi 1,6 atm (80% z 2,0 atm), a gazowego tlenu 0,4 atm (20% z 2,0 atm).

Jeśli użyjemy równania stanu gazu doskonałego, mamy, że ciśnienie cząstkowe każdego z tych gazów jest równe:

P_on = n_onRT
V
P_O2 = n_O2RT
V

Zauważ, że ciśnienia cząstkowe są wprost proporcjonalne do liczby moli (n). Zatem całkowite ciśnienie jest również wprost proporcjonalne do sumy całkowitej liczby moli (Σn):

P_CAŁKOWITY = ΣNie RT
V

Dzięki tym zależnościom możemy określić inną ważną wielkość chemiczną: a frakcja molowa (X). To nic innego jak stosunek liczby moli jednego z gazów w mieszaninie do sumy liczby moli mieszaniny. Ta frakcja odpowiada również zależności między ciśnieniem cząstkowym gazu a ciśnieniem całkowitym mieszaniny.

Ułamek molowy otrzymujemy dzieląc równanie ciśnienia cząstkowego jednego z gazów przez ciśnienie całkowite. Weźmy jako przykład hel:

_P_on. V  = Nie_on RT
P_CAŁKOWITY. VΣn RT
P_on = Nie_on= X_on
P_CAŁKOWITY nie

Zobacz przykład: Wracając do mieszanki azotu i tlenu obecnej w powietrzu, z którą kalibrowano oponę, załóżmy, że na każdy 1 mol powietrza przypada 0,8 mola azotu. Zatem ułamek molowy każdego z tych gazów w mieszaninie jest podany za pomocą poniższych równań:

X_N2 = Nie_N2 X_O2 = Nie_O2
Σ_Nie Σ_Nie
X_N2 =  0,8 mola X_O2 =  0,2 mola
1,0 mol 1,0 mol
X_N2 = 0,8X_O2 = 0,2

Może to również wynikać z wymienionych powyżej ciśnień cząstkowych:

X_N2 = P_N2 X_O2 = P_O2
P_CAŁKOWITY P_CAŁKOWITY
X_N2 =  1,6 atm X_O2 =  0,4 atm
2,0 atm 2,0 atm
X_N2 = 0,8X_O2 = 0,2

Zauważ, że ponieważ ułamek molowy jest relacją między wartością częściową a wartością całkowitą, suma wszystkich ułamków molowych w mieszaninie zawsze będzie równa 1:

X_N2 + X_o2 = 1

Ważny aspekt ciśnień parcjalnych gazów jest widoczny w naszych ciałach. Nasza krew przenosi gazowy tlen (O₂) do komórek i tkanek organizmu oraz usuwają dwutlenek węgla (CO₂), który jest uwalniany w oddechu. Wymianę tę ułatwiają różnice ciśnień parcjalnych między tymi gazami we krwi i we krwi tkanek i zawsze występuje w kierunku z obszaru wyższego ciśnienia do niższego ciśnienia częściowy.

Jednak funkcja ta może być zagrożona w przypadku wspinaczy i nurków, którzy osiągają bardzo niskie lub bardzo duże wysokości, gdzie zmienia się ciśnienie tlenu do oddychania. Dlatego tak ważne jest stosowanie odpowiedniego sprzętu, takiego jak butle ze sprężonym powietrzem wzbogaconym tlenem.

*Kredyt redakcyjny: Sergey Goryachev / Shutterstock.com

Jennifer Fogaça
Absolwent chemii