気体の混合 - ダルトンの分圧の法則

それぞれの気体が化学的に相互反応しない限り、混合気体のそれぞれの気体は互いの圧力に影響を与えません。 混合気体中の各気体は、その気体が単独で容器内に存在する場合と同じ圧力をもちます。 混合物の各個々の気体によって加えられる圧力は分圧と呼ばれます。

これは 3 種類のガス A 、 B 、および C を含む混合気体で、 もしP_A が気体 A の分圧である場合、P_Bは気体 B の分圧であり、 P_C は気体 C の分圧であることを意味します。全圧は、次の式 1 で求められます。  

これはダルトンの分圧の法則です。理想気体の混合圧力の合計は、その構成要素の気体の分圧の合計と等しくなります。

n_A 、n_B 、および n_C を混合気体中の各気体のモル数とします。 各気体が理想気体の方程式に従うとすると、分圧は次のように記述できます。

すべての気体は同じ温度で同じ体積を占めるため、方程式 1 に代入すると次のようになります。

この方程式は、一定温度および一定体積で、気体試料の総圧力は、存在する気体のモルの合計数によって決まることを示します。

混合気体の場合は、モル分数と呼ばれる量を導入すると便利です。これは、混合物内の特定の物質のモル数を、存在するすべての物質のモル数で割った値です。 数学的には、 B と C の混合物の化学物質 A のモル分数は次のように表されます。

同様に、 B と C のモル分数は次のようになります。

A のモル分数の方程式と分圧の方程式を組み合わせると、次のようになります。

気体 A の分圧は、そのモル分数を介した混合気体の総圧力に関連しています。

すなわち、混合気体中のある気体の圧力は、そのモルの割合および混合物の総圧力の積です。

本書は 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 9.3 ： Stoichiometry of Gustic Substances 、 Mixures 、 Reactions から引用したものです。