Contenido

• Pasos
• Consejos
• Advertencias
• Materiales necesarios

En química, "presión parcial" se refiere a la presión que cada gas en una mezcla de gases ejerce contra su entorno, como una botella de muestra, un tanque de aire de buceo o los límites de una atmósfera. Puede calcular la presión de cada gas en una mezcla si sabe cuánto hay, qué volumen ocupa y su temperatura. Luego puede agregar estas presiones parciales para encontrar la presión total de la mezcla de gas, o puede encontrar la presión total primero y luego encontrar las presiones parciales.

Pasos

Parte 1 de 3: Comprender las propiedades de los gases

1. 

   Trate cada gas como un gas "ideal". Un gas ideal, en química, es aquel que interactúa con otros gases, sin ser atraído por sus moléculas. Las moléculas individuales pueden golpearse entre sí y rebotar como bolas de billar sin deformarse de ninguna manera.
   • Las presiones de gas ideales aumentan a medida que se comprimen en espacios más pequeños y disminuyen a medida que se expanden a áreas más grandes. Esta relación se llama Ley de Boyle, en honor a Robert Boyle. Se describe matemáticamente como k = P x V o, más simplemente, k = PV, donde k representa la relación constante, P representa la presión y V representa el volumen.
   • Las presiones se pueden determinar utilizando una de varias unidades posibles. Uno es Pascal (Pa), definido como una fuerza de Newton aplicada sobre un metro cuadrado. Otro es la atmósfera (atm), definida como la presión de la atmósfera terrestre al nivel del mar. Una presión de 1 atm es igual a 101,325 Pa.
   • Las temperaturas del gas ideal aumentan a medida que los volúmenes aumentan y disminuyen. Esta relación se llama Ley de Charles en honor a Jacques Charles y se describe matemáticamente como k = V / t, donde k representa la relación entre volumen constante y temperatura, V representa volumen, nuevamente, y T representa temperatura.
   • Las temperaturas del gas en esta ecuación se dan en grados Kelvin, que se encuentran sumando 273 al número de grados Celsius de la temperatura del gas.
   • Estas dos relaciones se pueden combinar en una sola ecuación: k = PV / T, que también se puede escribir como PV = kT.

2. 

   
   
   Defina en qué cantidades se miden los gases. Los gases tienen masa y volumen. El volumen generalmente se mide en litros (l), pero hay dos tipos de masa.
   • La masa convencional se mide en gramos o, si hay una masa suficientemente grande, en kilogramos.
   • Debido a la ligereza de los gases, también se miden en otra forma de masa llamada masa molecular o masa molar. La masa molar se define como la suma de los pesos atómicos de cada átomo del compuesto del que está hecho el gas, comparando cada átomo con el valor de 12 para el carbono.
   • Dado que los átomos y las moléculas son demasiado pequeños para trabajar con ellos, las cantidades de gases se definen en moles. El número de moles presentes en un gas dado se puede determinar dividiendo la masa por la masa molar y se puede representar con la letra n.
   • Podemos reemplazar la constante arbitraria k en la ecuación del gas con el producto de n, el número de moles (mol) y una nueva constante R. La ecuación ahora se puede escribir nR = PV / T o PV = nRT.
   • El valor R depende de las unidades utilizadas para medir las presiones, volúmenes y temperaturas de los gases. Para identificar el volumen en litros, la temperatura en Kelvin y la presión en atmósferas, su valor es 0.0821 L.atm / K.mol. Esto también se puede escribir L 0.0821 atm K mol para evitar la barra dividida en las unidades de medida.

3. 

   
   
   Comprender la ley de Dalton de presiones parciales. Desarrollada por el químico y físico John Dalton, quien fue el primero en adelantar el concepto de que los elementos químicos están hechos de átomos, la Ley de Dalton establece que la presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones de cada uno de los gases en la mezcla.
   • La ley de Dalton se puede escribir como una ecuación como P _total = P₁ + P₂ + P₃... con tantos apéndices después del signo igual como gases haya en la mezcla.
   • La ecuación de la ley de Dalton se puede ampliar cuando se trabaja con gases cuyas presiones parciales individuales se desconocen, pero de las que conocemos sus volúmenes y temperaturas. La presión parcial de un gas es la misma presión si la misma cantidad de gas fuera el único gas en el recipiente.
   • Para cada una de las presiones parciales, podemos reescribir la ecuación del gas ideal para que, en lugar de la fórmula PV = nRT, podamos tener solo P en el lado izquierdo del signo igual. Para hacer esto, dividimos ambos lados por V: PV / V = ​​nRT / V. Las dos V del lado izquierdo se anulan entre sí, dejando P = nRT / V.
   • Entonces podemos reemplazar cada P suscrito en el lado derecho de la ecuación de presión parcial: P_total = (nRT / V) ₁ + (nRT / V) ₂ + (nRT / V) ₃…

Parte 2 de 3: Cálculo de presiones parciales y luego presiones totales

1. 

   
   
   
   
   Defina la ecuación de presión parcial para los gases con los que está trabajando. Para los propósitos de este cálculo, asumiremos un globo de 2 litros que contiene tres gases: nitrógeno (N₂), oxígeno (O₂) y dióxido de carbono (CO₂). Hay 10 g de cada uno de los gases, y la temperatura de cada uno de ellos en el matraz es de 37º Celsius. Necesitamos encontrar la presión parcial de cada gas y la presión total que la mezcla ejerce sobre el recipiente.
   • Nuestra ecuación de presión parcial se convierte en P _total = P _nitrógeno + P _oxígeno + P _{dióxido de carbono} .
   • Dado que estamos tratando de encontrar la presión que ejerce cada gas, sabemos el volumen y la temperatura y podemos encontrar cuántos moles de cada gas están presentes en función de la masa, podemos reescribir esta ecuación como: P_total = (nRT / V) _nitrógeno + (nRT / V) _oxígeno + (nRT / V) _{dióxido de carbono}

2. 

   
   
   Convierta la temperatura a Kelvin. La temperatura es de 37º Celsius, así que agregue 273 a 37 para obtener 310 K.

3. 

   Encuentre la cantidad de moles para cada uno de los gases en la muestra. El número de moles de un gas es la masa del gas que se divide por su masa molar, que dijimos es la suma de los pesos atómicos de cada átomo en el compuesto.
   • Para el primer gas, nitrógeno (N₂), cada átomo tiene un peso atómico de 14. Dado que el nitrógeno es diatómico (forma molecular de dos átomos), tenemos que multiplicar 14 por 2 para encontrar que el nitrógeno en nuestra muestra tiene una masa molar de 28. Luego, divida la masa en gramos, 10 g, por 28, para obtener el número de moles, que nos aproximaremos a 0,4 mol de nitrógeno.
   • Para el segundo gas, oxígeno (O₂), cada átomo tiene un peso atómico de 16. El oxígeno también es diatómico, así que multiplique 16 por 2 para encontrar que el oxígeno en nuestra muestra tiene una masa molar de 32. Dividir 10 g por 32 nos da aproximadamente 0.3 mol de oxígeno en nuestro muestra.
   • El tercer gas, dióxido de carbono (CO₂), tiene 3 átomos: un carbono, con un peso atómico de 12; y dos oxígeno, cada uno con un peso atómico de 16. Agregamos los tres pesos: 12 + 16 + 16 = 44 para la masa molar. Dividir 10 g por 44 nos da aproximadamente 0,2 moles de dióxido de carbono.

4. 

   
   
   Reemplaza los valores con moles, volumen y temperatura. Nuestra ecuación ahora se ve así: P_total = (0.4 * R * 310/2) _nitrógeno + (0,3 * R * 310/2) _oxígeno + (0,2 * R * 310/2) _{dióxido de carbono}.
   • Por simplicidad, hemos omitido las unidades de medida que acompañan a los valores. Estas unidades se cancelarán después de que hagamos los cálculos, dejando solo la unidad de medida que estamos usando para informar las presiones.

5. 

   Sustituye el valor de la constante R. Encontraremos las presiones parciales y totales en atmósferas, por lo que usaremos el valor R de 0.0821 atm L / K.mol. Sustituyendo el valor en la ecuación ahora nos da P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitrógeno + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oxígeno + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{dióxido de carbono} .

6. 

   Calcule las presiones parciales para cada gas. Ahora que tenemos los valores en su lugar, es hora de hacer los cálculos.
   • Para la presión parcial de nitrógeno, multiplicamos 0.4 mol por nuestra constante de 0.0821 y nuestra temperatura de 310 K, y luego dividimos por 2 litros: 0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5, 09 atm, aproximadamente.
   • Para la presión parcial de oxígeno, multiplicamos 0.3 mol por nuestra constante de 0.0821 y nuestra temperatura de 310 K y luego dividimos por 2 litros: 0.3 * 0.0821 * 310/2 = 3, 82 atm, aproximadamente.
   • Para la presión parcial de dióxido de carbono, multiplicamos 0.2 mol por nuestra constante de 0.0821 y nuestra temperatura de 310 K, y luego dividimos por 2 litros: 0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 atm, aproximadamente.
   • Ahora sumamos estas presiones para encontrar la presión total: P_total = 5,09 + 3,82 + 2,54, o aproximadamente 11,45 atm.

Parte 3 de 3: Calcular la presión total y luego las presiones parciales

1. 

   Defina la ecuación de presión parcial como antes. Nuevamente, asumimos que un matraz de 2 litros contiene 3 gases: nitrógeno (N₂), oxígeno (O₂) y dióxido de carbono (CO₂). Hay 10 g de cada uno de los gases y la temperatura de cada uno de los gases en el matraz es de 37 grados Celsius.
   • La temperatura en Kelvin seguirá siendo de 310 y, como antes, tenemos aproximadamente 0,4 moles de nitrógeno, 0,3 moles de oxígeno y 0,2 moles de dióxido de carbono.
   • Asimismo, todavía encontraremos presiones en atmósferas, por lo que utilizaremos el valor de 0.0821 atm L / K.mol para la constante R.
   • Entonces, nuestra ecuación de presión parcial todavía se ve igual en este punto: P_total =(0,4 * 0,0821 * 310/2) _nitrógeno + (0,3 *0,0821 * 310/2) _oxígeno + (0,2 * 0,0821 * 310/2) _{dióxido de carbono}.

2. 

   Sume el número de moles de cada uno de los gases en la muestra para encontrar el número total de moles de la mezcla de gases. Dado que el volumen y la temperatura son los mismos para cada muestra en el gas, sin mencionar que cada valor molar se multiplica por la misma constante, podemos usar la propiedad distributiva de las matemáticas para reescribir la ecuación como P_total = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
   • Añadiendo 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 mol de la mezcla de gases. Esto simplifica aún más la ecuación para P _total = 0,9 * 0,0821 * 310/2.

3. 

   Calcule la presión total de la mezcla de gases. Multiplicando 0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 mol, aproximadamente.

4. 

   Calcula la proporción de cada gas en la mezcla total. Para hacer esto, divida el número de moles de cada uno de los gases por el número total de moles.
   • Hay 0,4 moles de nitrógeno, por lo que 0,4 / 0,9 = 0,44 (44%) de la muestra, aproximadamente.
   • Hay 0,3 mol de nitrógeno, por lo que 0,3 / 0,9 = 0,33 (33%) de la muestra, aproximadamente.
   • Hay 0,2 moles de dióxido de carbono, de modo que 0,2 / 0,9 = 0,22 (22%) de la muestra, aproximadamente.
   • Aunque los porcentajes aproximados anteriores suman solo 0,99, los decimales reales se repiten, por lo que la suma real es una serie de repetición de nueves después del decimal. Por definición, esto es lo mismo que 1 o 100%.

5. 

   Multiplique el valor proporcional de cada gas por la presión total para encontrar la presión parcial.
   • Multiplicando 0.44 * 11.45 = 5.04 atm, aproximadamente.
   • Multiplicar 0,33 * 11,45 = 3,78 atm, aproximadamente.
   • Multiplicar 0.22 * 11.45 = 2.52 atm, aproximadamente.

Consejos

• Notará una pequeña diferencia en los valores al encontrar primero las presiones parciales, luego la presión total, y encontrar primero la presión total y luego las presiones parciales. Recuerde que los valores dados se presentaron como valores aproximados, debido al redondeo a uno o dos decimales para facilitar la comprensión de los valores. Si hace los cálculos con una calculadora, sin redondear, notará una discrepancia menor, si la hay, entre los dos métodos.

Advertencias

• El conocimiento de las presiones parciales de los gases puede convertirse en una cuestión de vida o muerte para los buceadores. Una presión parcial de oxígeno demasiado baja puede provocar la pérdida del conocimiento y la muerte, mientras que una presión parcial de hidrógeno u oxígeno muy alta también puede ser tóxica.

Materiales necesarios

• Calculadora;
• Libro de referencia de pesos atómicos / masas molares.