Μερική πίεση

Κάθε αέριο σε ένα μείγμα προσθέτει στη συνολική πίεση του μείγματος. Η μερική πίεση είναι υπεύθυνη για αυτή τη συμβολή. Η μερική πίεση είναι η πίεση που θα είχε ένα αέριο αν ήταν στον δικό του όγκο και θερμοκρασία. Ενώ η πίεση συνήθως υποδηλώνεται με τα γράμματα P ή p, η μερική πίεση υποδηλώνεται με έναν δείκτη (π.χ., P1 ή p1). Στους τομείς της χημείας, της φυσικής και της βιολογίας, η μερική πίεση είναι κρίσιμη. Η μερική πίεση του οξυγόνου και του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των επιπέδων τους.

Νόμος μερικής πίεσης του Ντάλτον

Η συνολική πίεση ενός μείγματος ιδανικών αερίων είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεων των μεμονωμένων αερίων στο μείγμα, σύμφωνα με το νόμο του Dalton. Αυτή η ισοδυναμία προκύπτει από το γεγονός ότι τα μόρια σε ένα ιδανικό αέριο απέχουν τόσο πολύ μεταξύ τους που δεν αλληλεπιδρούν. Η πλειοψηφία των αερίων του πραγματικού κόσμου πλησιάζει σε αυτό το ιδανικό.

Ptotal  =P1 + P2 +…….+Pn

Οι μερικές πιέσεις κάθε χημικής ουσίας αντιπροσωπεύονται από P1, P2 και Pn. Τα αέρια πιστεύεται ότι δεν αντιδρούν μεταξύ τους.

Πίεση ατμών

Η φράση χρησιμοποιείται πιο συχνά για να περιγράψει την τάση ενός υγρού να εξατμίζεται. Είναι μια μέτρηση μιας υγρής ή στερεής τάσης για διαφυγή μορίων και ατόμων. Το κανονικό σημείο βρασμού ενός υγρού είναι η θερμοκρασία στην οποία η τάση ατμών του ισούται με την ατμοσφαιρική πίεση του περιβάλλοντος, επομένως αναφέρεται συχνά ως το σημείο βρασμού της ατμοσφαιρικής πίεσης.

Για παράδειγμα, το μεθυλοχλωρίδιο έχει την υψηλότερη τάση ατμών από οποιοδήποτε από τα υγρά του σχήματος σε οποιαδήποτε δεδομένη θερμοκρασία. Έχει επίσης το χαμηλότερο κανονικό σημείο βρασμού (24,2 °C), το οποίο είναι το σημείο στο οποίο η καμπύλη πίεσης ατμών χλωριούχου μεθυλίου (η μπλε γραμμή) τέμνει την οριζόντια γραμμή πίεσης μιας ατμόσφαιρας (atm) απόλυτης τάσης ατμών. Επειδή η ατμοσφαιρική πίεση σε υψηλότερα υψόμετρα είναι χαμηλότερη από ό,τι στο επίπεδο της θάλασσας, τα σημεία βρασμού των υγρών είναι χαμηλότερα. Επειδή η ατμοσφαιρική πίεση στην κορυφή του Έβερεστ είναι περίπου 0,333 atm, το σημείο βρασμού του διαιθυλαιθέρα θα ήταν περίπου 7,5 °C έναντι 34,6 °C στο επίπεδο της θάλασσας εάν χρησιμοποιήθηκε το γράφημα (1 atm).

Πώς να βρείτε τη μερική και την ολική πίεση

Μερική πίεση

Η μερική πίεση ενός μεμονωμένου αερίου σε ένα μείγμα, pi, μπορεί να δηλωθεί ως εξής:

Pi=PtotalXi

Το μοριακό κλάσμα συμβολίζεται με xi.

Παράδειγμα

Η συνολική πίεση ενός μείγματος 2 mol Υδρογόνου και 3 mol He είναι 3 atm. Πόση μερική πίεση έχει;

PHe =Ptotal xHe =  (3)(3/5) =9/5 atm

Ολική μερική πίεση

Γνωρίζουμε από το νόμο του Boyle ότι η συνολική πίεση ενός μείγματος καθορίζεται αποκλειστικά από τον αριθμό των γραμμομορίων αερίου που υπάρχουν, ανεξάρτητα από τους τύπους και τις ποσότητες αερίων που υπάρχουν. ο νόμος του ιδανικού αερίου αποκαλύπτει ότι η πίεση που ασκείται από ένα μόριο μορίων είναι ανεξάρτητη από την ταυτότητα αυτών των μορίων. και ο νόμος του Dalton μας επιτρέπει τώρα να υπολογίσουμε τη συνολική πίεση σε ένα σύστημα όταν γνωρίζουμε την ατομική συνεισφορά κάθε αερίου.

Παράδειγμα

Σκεφτείτε ένα δοχείο 25,0 L με σταθερό όγκο. Στους 298 K, αντλούμε 0,78 mol αερίου N2 στο δοχείο. Μπορούμε απλά να υπολογίσουμε τη μετρούμενη πίεση του αερίου αζώτου σε 0,763 atm χρησιμοποιώντας τον νόμο του ιδανικού αερίου.

Παίρνουμε τώρα ένα παρόμοιο δοχείο με σταθερό όγκο 25,0 L και εγχύστε 0,22 moles αερίου O2 στους 298 K σε αυτό. Το αέριο οξυγόνο έχει μετρημένη πίεση 0,215 atm.

Εγχύσουμε 0,22 mol αερίου O2 στους 298 K στο πρώτο δοχείο, που περιέχει ήδη 0,78 mol N2, ως τρίτη μέτρηση. (Αξίζει να σημειωθεί ότι το μείγμα αερίων που δημιουργήσαμε είναι αρκετά παρόμοιο με τον αέρα.) Η πίεση σε αυτό το δοχείο έχει πλέον προσδιοριστεί ότι είναι 0,975 atm.

Η συνολική πίεση του μείγματος N2 και O2 στο δοχείο είναι ίση στο άθροισμα των πιέσεων των δειγμάτων Ν2 και Ο2 που λαμβάνονται μεμονωμένα, σύμφωνα με τα ευρήματά μας. Η μερική πίεση κάθε αερίου στο μείγμα ορίζεται τώρα ως η πίεσή του εάν ήταν το μόνο αέριο που υπήρχε. Σύμφωνα με τα ευρήματά μας, η μερική πίεση του N2 στο αέριο PN2 είναι 0,763 atm, ενώ η μερική πίεση του O2 στο αέριο PO2 είναι 0,215 atm.

Συμπέρασμα

Η μερική πίεση ενός αερίου είναι ένα μέτρο της θερμοδυναμικής δραστηριότητας των μορίων του αερίου. Στα μείγματα αερίων και τα υγρά, τα αέρια διαλύονται, διανέμονται και αντιδρούν σύμφωνα με τις μερικές πιέσεις τους, όχι τις συγκεντρώσεις τους. Αυτό το κοινό χαρακτηριστικό των αερίων ισχύει επίσης και στις βιολογικές χημικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν αέρια. Η μερική πίεση του οξυγόνου, για παράδειγμα, καθορίζει την ποσότητα οξυγόνου που απαιτείται για την ανθρώπινη αναπνοή καθώς και την ποσότητα που είναι επιβλαβής. Ως αποτέλεσμα, οι αναλογίες μείγματος, όπως αυτές του αναπνεύσιμου οξυγόνου 20% και 80% ηλίου, καθορίζονται από τον όγκο και όχι από το βάρος ή τη μάζα σε ένα ευρύ φάσμα μεταβλητών συγκεντρώσεων οξυγόνου που υπάρχουν σε διάφορα εισπνεόμενα αέρια ή διαλυμένα στο αίμα. Οι μερικές πιέσεις οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα είναι σημαντικές ποσότητες στη δοκιμή αερίων του αρτηριακού αίματος. Ωστόσο, παρόμοιες πιέσεις μπορούν επίσης να μετρηθούν σε άλλα υγρά, όπως το εγκεφαλικό υγρό.