John Dalton (1766-1844) bol veľkým učencom ústavy hmoty a bol známy predovšetkým vďaka svojej atómovej teórii. Do vedy však priniesol aj mnoho ďalších príspevkov. Medzi nimi je aj príspevok pre chémiu a fyziku zákon ustanovený v roku 1801, ktorý sa týka parciálnych tlakov plynov v plynných zmesiach.
John Dalton (1766-1844)
To Daltonov zákon hovorí nasledovné:
Spravidla máme:
PCELKOM = P1 + Str2 + Str3 + ... alebo PCELKOM = ΣP
Predstavme si napríklad vznik plynnej zmesi plynného hélia a plynného kyslíka. Spočiatku sú tieto dva plyny v samostatných nádobách, z ktorých každý má svoj vlastný objem, vlastný tlak a vlastnú teplotu. Potom sa rovnaké objemy týchto plynov zmiešajú v jednej nádobe a udržujú na rovnakej teplote.
Ak tieto plyny považujeme za ideálne, nebudú navzájom reagovať a zmes tiež sa bude správať, akoby išlo o jediný plyn a tlak každej zložky bude nezávislý od tlaku. iných. Tlak v tejto zmesi sa preto bude rovnať súčtu tlakov vyvíjaných každou z jej zložiek v zmesi, to znamená:
PCELKOM = Pon + StrO2
Je dôležité zdôrazniť, že parciálny tlak každého plynu nie je tlak, ktorý vyvíjal pred vstupom do zmesi, keď bola izolovaná, ale zodpovedá tlaku že by pôsobilo, keby bolo samotné a zaberalo celkový objem zmesi a pri tej istej teplote, pri ktorej je zmes, to znamená jej tlak v Zmiešať.
Tu je príklad: Vzduch je plynová zmes pozostávajúca v zásade z 80% plynného dusíka a 20% plynného kyslíka. Predstavte si, že pneumatika je kalibrovaná vzduchovým kompresorom s tlakom 2,0 atm. Celkový tlak zmesi vo vnútri pneumatiky je 2,0 atm. Pretože Daltonov zákon hovorí, že celkový tlak je súčtom parciálnych tlakov každého plynu v zmesi, môžeme dospieť k záveru, že Parciálny tlak plynného dusíka v tejto zmesi je 1,6 atm (80% 2,0 atm) a plynný kyslík je 0,4 atm (20% 2,0 atm).
Ak použijeme rovnicu ideálneho stavu plynu, máme parciálny tlak každého z týchto plynov rovný:
Pon = nonRT
V.
PO2 = nO2RT
V.
Upozorňujeme, že parciálne tlaky sú priamo úmerné počtu mólov (n). Celkový tlak je teda tiež priamo úmerný súčtu celkového počtu mólov (Σn):
PCELKOM = Σč RT
V.
Prostredníctvom týchto vzťahov môžeme určiť ďalšie dôležité chemické množstvo: a molárna frakcia (X). Nejde o nič iné ako o vzťah medzi počtom mólov jedného z plynov v zmesi a súčtom počtu mólov zmesi. Táto frakcia tiež zodpovedá vzťahu medzi parciálnym tlakom plynu a celkovým tlakom zmesi.
K molárnemu zlomku dospejeme tak, že rovnicu parciálneho tlaku jedného z plynov vydelíme celkovým tlakom. Zoberme si ako príklad plynný hélium:
_Pon. V. = čon RT
PCELKOM. V RTn RT
Pon = čon= Xon
PCELKOM n
Pozri príklad: Keď sa vrátime k zmesi dusíka a kyslíka prítomnej vo vzduchu, s ktorým bola pneumatika kalibrovaná, povedzme, že na každý 1 mol vzduchu máme 0,8 mol dusíka. Molárny zlomok každého z týchto plynov v zmesi je teda daný nasledujúcimi rovnicami:
XN2 = čN2 XO2 = čO2
Σč Σč
XN2 = 0,8 mol XO2 = 0,2 mol
1,0 mol 1,0 mol
XN2 = 0,8XO2 = 0,2
To by mohli byť dané aj čiastočnými tlakmi uvedenými vyššie:
XN2 = PN2 XO2 = PO2
PCELKOM PCELKOM
XN2 = 1,6 atm XO2 = 0,4 atm
2,0 atm 2,0 atm
XN2 = 0,8XO2 = 0,2
Pretože molárny zlomok je vzťahom medzi čiastočnou hodnotou a celkovou hodnotou, súčet všetkých molárnych zlomkov v zmesi sa bude vždy rovnať 1:
XN2 + Xo2 = 1
Dôležitý aspekt parciálnych tlakov plynov je viditeľný v našich telách. Naša krv nesie plynný kyslík (O2) do buniek a tkanív tela a odstraňujú oxid uhličitý (CO2), ktorý sa uvoľňuje v dychu. Túto výmenu uľahčujú rozdiely v parciálnych tlakoch medzi týmito plynmi v krvi a v tkanív a vždy sa vyskytuje v smere od oblasti vyššieho tlaku k nižšiemu tlaku čiastočné.
Táto funkcia však môže byť narušená v prípade horolezcov a potápačov, ktorí dosahujú veľmi nízke alebo veľmi vysoké nadmorské výšky, kde sa mení tlak dýchacieho kyslíka. Z tohto dôvodu je dôležité používať vhodné vybavenie, ako sú napríklad fľaše na stlačený vzduch obohatené kyslíkom.
* Redakčný kredit: Sergej Gorjačev / Shutterstock.com
Autor: Jennifer Fogaça
Vyštudoval chémiu