תערובות גזים: חוק דלטון של לחצים חלקיים ושברי מולים

הלחץ של גז טהור הוא הסכום של ההתנגשויות המולקולריות בין החלקיקים והמשטחים הסובבים. דוגמית גז עם פחות חלקיקים בנפח נתון מפעילה לחץ נמוך יותר לעומת דוגמית מרובת החלקיקים באותו נפח. אבל מהו הלחץ של תערובות של גזים שונים?

בתערובת גז מרובת מרכיבים, הלחץ הוא סכום ההתנגשויות של כל מולקולת הגז. ההנחה היא שכל מרכיב בתערובת מפעיל לחץ משלו, שלא תלוי בגזים האחרים בתערובת. הלחץ מכל מרכיב נפרד נקרא לחץ חלקי.

סך הלחץ של תערובת גזים אידיאליים שווה לסכום של הלחצים החלקיים של המרכיבים שלו. האבחנה הזו היא חוק דלטון ללחצים חלקייים. באמצעות החלת חוק הגז האידיאלי, על הלחץ החלקי של מרכיבי הגז הנפרדים, ניתן לתארם באמצעות גדלים מדידים.

מכיוון שהגזים בתערובות חולקים את אותו נפח והם באותה טמפרטורה, ניתן לפשט את המשוואה. סכום המולים של המרכיבים הנפרדים שווה למספר המולים הכולל של כל מרכיבי הגז, n כולל. לפיכך, סך הלחץ של תערובת הגז שווה ל-n כולל כפול הקבוע RT חלקי V(נפח)מספר המולים של מרכיב חלקי סך כל המולים בתערובות הוא השבר המולי.

סידור מחדש של השבר המולי מתוך סך המולים והצבת n כולל בחוק דלטון של לחץ חלקי יוצרים ביטויים של לחץ כולל. בסידור מחודש, הלחץ החלקי של גז בתערובת הוא המכפלה של השבר המולי שלו וסכום הלחץ הכולל של התערובות. אז בתערובת גז, הלחץ החלקי של כל מרכיב, i, שווה לשבר המולי של i כפול הלחץ הכולל.

כדוגמה לחישוב, נניח שמכל מלא בשני גזים, הליום וארגון. 40%מהנפח הוא ארגון. המשמעות היא שהשבר המולי של ארגון הוא 0.4.

אם הלחץ הכולל הוא 4 אטמוספרות, מהו הלחץ החלקי של הליום? מתוך המשוואה ללחץ חלקי של גז עולה כי הלחץ החלקי של ארגון שווה לשבר המולי שלו כפול הלחץ הכולל. לכן 0.4 כפול 4 אטמוספרות שווה ל-1.6 אטמסופרות, וזהו הלחץ החלקי של ארגון.

מכיוון שהסכום של הלחצים החלקיים שווה ללחץ הכולל, המשוואה ניתנת לסידור מחדש כך שניתן לחסר את הלחץ החלקי של ארגון מהלחץ הכולל. מכאן שהלחץ החלקי של הליום הוא 2.4 אטמוספות.