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5.4:

Miscela di gas - Legge di Dalton delle pressioni parziali

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Chemistry
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Mixtures of Gases: Dalton’s Law of Partial Pressures and Mole Fractions

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La pressione di un gas puro è la somma delle collisioni molecolari tra le sue particelle e le superfici circostanti. Un campione di gas con meno particelle in un dato volume esercita una pressione inferiore rispetto ad un campione con più particelle nello stesso volume. Ma qual è la pressione di una miscela di gas diversi?Per una miscela di gas multicomponente, la pressione è la somma delle collisioni di tutte le molecole di gas. Si presume che ogni componente della miscela eserciti una propria pressione, indipendente dagli altri gas presenti. La pressione di ogni singolo componente è detta pressione parziale.La pressione totale della miscela di gas ideali è uguale alla somma delle pressioni parziali dei suoi componenti. Questa osservazione è la legge di Dalton delle pressioni parziali. Applicando la legge dei gas ideali, le pressioni parziali delle singole componenti del gas vengono sostituite con variabili misurabili.Poiché i gas nella miscela occupano lo stesso volume e sono alla stessa temperatura, l’equazione può essere semplificata. La somma delle moli dei singoli componenti è uguale al numero totale di moli di tutti i componenti del gas, n-totale. Pertanto, la pressione totale della miscela di gas è uguale a n-totale moltiplicato per la costante R-T su V.Il numero di moli di un componente diviso per le moli totali nella miscela è la frazione molare.Riorganizzando la frazione molare per le moli totali e sostituendo n-totale nella legge di Dalton delle pressioni parziali si ottengono equazioni per la pressione totale. Riorganizzando ancora, la pressione parziale di un gas in una miscela è il prodotto della sua frazione molare e la pressione totale della miscela. Dunque, in una miscela di gas, la pressione parziale di qualsiasi componente, i, è uguale alla frazione molare di i moltiplicata per la pressione totale.Come calcolo di esempio, supponiamo che un contenitore riempito con due gas, elio e argon, contenga il 40 percento in volume di argon. Questo implica che la frazione molare di argon sia 0, 4. Se la pressione totale è di 4 atm, qual è la pressione parziale dell’elio?Usando l’equazione per la pressione parziale di un gas, la pressione parziale dell’argon è uguale alla sua frazione molare moltiplicata per la pressione totale. Pertanto, 0, 4 volte 4 atm danno la pressione parziale dell’argon a 1, 6 atm. Poiché la somma delle pressioni parziali è uguale alla pressione totale, l’equazione può essere riorganizzata in modo che la pressione parziale dell’argon possa essere sottratta dalla pressione totale.Pertanto, la pressione parziale dell’elio è di 2, 4 atm.

5.4:

Miscela di gas - Legge di Dalton delle pressioni parziali

A meno che i singoli gas non reagiscano chimicamente tra loro, i singoli gas in una miscela di gas non influenzano la pressione l’uno dell’altro. Ogni gas di una miscela esercita la stessa pressione che eserciterebbe se fosse presente da solo nel contenitore. La pressione esercitata da ogni singolo gas in una miscela è chiamata pressione parziale.

Ciò significa che in una miscela contenente tre diversi gas A, B e C, se PA è la pressione parziale del gas A; PB è la pressione parziale del gas B; PC è la pressione parziale del gas C; allora la pressione totale è data dall’equazione 1:

Eq1

Questa è la legge di Dalton delle pressioni parziali: La pressione totale di una miscela di gas ideali è uguale alla somma delle pressioni parziali dei gas componenti.

Sia nA, nBe nC il numero di talpe di ciascuno dei gas nella miscela. Se ogni gas obbedisce all’equazione del gas ideale, la pressione parziale può essere scritta come:

Eq2

Poiché tutti i gas sono alla stessa temperatura e occupano lo stesso volume, la sostituzione nell’equazione 1 dà:

Eq3

L’equazione indica che a temperatura costante e volume costante, la pressione totale di un campione di gas è determinata dal numero totale di talpe di gas presenti.

Per le miscele di gas, è conveniente introdurre una quantità chiamata frazione talpa, χ, che è definita come il numero di talpe di una particolare sostanza in una miscela divisa per il numero totale di talpe di tutte le sostanze presenti. Matematicamente, la frazione talpa di una sostanza A in una miscela con B e C è espressa come

Eq4

Allo stesso modo, la frazione talpa di B e C sono;

Eq5

Eq6

Combinando l’equazione per la frazione talpa di A e l’equazione per la pressione parziale si ottiene:

Eq7

La pressione parziale del gas A è correlata alla pressione totale della miscela di gas attraverso la sua frazione di talpa.

In altre parole, la pressione di un gas in una miscela di gas è il prodotto della sua frazione di talpa e della pressione totale della miscela.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 9.3: Stechiometria di sostanze gassose, miscele e reazioni.