分圧

混合物中の各ガスは、混合物の全圧に追加されます。分圧がこの寄与の原因です。分圧は、ガスがそれ自体の体積と温度にある場合にガスが持つ圧力です。圧力は通常、文字 P または p で示されますが、分圧は下付き文字 (P1 または p1 など) で示されます。化学、物理学、および生物学の分野では、分圧は重要です。血液中の酸素と二酸化炭素の分圧は、それらのレベルを決定するために使用されます。

ドルトンの分圧の法則

ダルトンの法則によれば、理想気体の混合物の全圧は、混合物中の個々の気体の分圧の合計に等しくなります。この等価性は、理想気体内の分子が相互作用しないほど離れているという事実から生じます。現実世界の気体の大部分は、この理想に近づいています。

Ptotal =P1 + P2 +…….+Pn

各化学物質の分圧は、P1、P2、および Pn で表されます。ガスは互いに反応しないと考えられています。

蒸気圧

この語句は、液体が蒸発する傾向を表すのに最も一般的に使用されます。これは、分子や原子が液体または固体から逃げる傾向の測定値です。液体の通常の沸点は、その蒸気圧が周囲の大気圧と等しくなる温度であるため、大気圧沸点と呼ばれることがよくあります。

たとえば、塩化メチルは、任意の温度で、図の液体の中で最も高い蒸気圧を持っています。また、標準沸点が最も低く (24.2 °C)、塩化メチルの蒸気圧曲線 (青い線) が絶対蒸気圧 1 気圧 (atm) の水平圧力線と交差する点です。標高の高い場所では大気圧が海面よりも低いため、液体の沸点は低くなります。エベレスト山頂の大気圧は約 0.333 atm であるため、ジエチル エーテルの沸点は、対比で約 7.5 °C になります。グラフを使用した場合、海面で 34.6 °C (1 気圧)。

分圧と全圧の求め方

分圧

混合物内の単一ガスの分圧 pi は次のように表すことができます:

Pi=PtotalXi

モル分率は xi で表されます。

例

2 mol の水素と 3 mol の He の混合物の全圧は 3 atm です。彼はどのくらいの分圧を持っていますか?

PHe =Ptotal xHe =(3)(3/5) =9/5気圧

総分圧

ボイルの法則から、混合物の全圧は、存在するガスの種類や量に関係なく、存在するガスのモル数によってのみ決定されることがわかっています。理想気体の法則は、分子のモルによって加えられる圧力がそれらの分子のアイデンティティとは無関係であることを明らかにします。また、ダルトンの法則により、各ガスの個々の寄与がわかれば、システム内の全圧を計算できるようになりました.

例

容量が固定された 25.0 L の容器を考えてみましょう。 298 K で、0.78 モルの N2 ガスを容器に送り込みます。理想気体の法則を使用して、測定された窒素ガスの圧力を 0.763 atm と簡単に計算できます。

25.0 L の一定容量の同様の容器を使用し、 298K で 0.22 モルの O2 ガスを注入します。酸素ガスの測定圧力は 0.215 気圧です。

最初の容器に 298K で 0.22 モルの O2 ガスを注入します。 3 番目の測定値として、すでに 0.78 モルの N2 が含まれています。 (ここで作成したガス混合物は空気に非常に似ていることに注意してください。) このコンテナ内の圧力は現在 0.975 気圧であると判断されています。

コンテナ内の N2 と O2 混合物の全体的な圧力は等しい私たちの調査結果によると、個別に取得された N2 と O2 のサンプルの圧力の合計です。混合物中の各ガスの分圧は、存在する唯一のガスである場合の圧力として定義されます。私たちの調査結果によると、ガス PN2 内の N2 の分圧は 0.763 atm であり、ガス PO2 内の O2 の分圧は 0.215 atm です。

結論

ガスの分圧は、ガスの分子の熱力学的活動の尺度です。気体混合物や液体では、気体は濃度ではなく分圧に従って溶解、分配、および反応します。この気体の共通の特徴は、気体が関与する生物学的化学反応にも当てはまります。たとえば、酸素の分圧は、人間の呼吸に必要な酸素の量と有害な量を決定します。その結果、呼吸可能な 20% の酸素と 80% のヘリウムなどの混合比は、さまざまな吸入呼吸ガスに存在する、または血液に溶解しているさまざまな可変酸素濃度にわたって、重量または質量ではなく、体積によって決定されます。さらに、酸素分圧と二酸化炭素分圧は、動脈血ガス検査において重要な量です。ただし、同様の圧力は、脳液などの他の液体でも測定できます。