Consejos útiles

Presión parcial

Dado que la presión parcial y el volumen parcial son conceptos relacionados con las mezclas de gases, primero determinamos qué es una mezcla de gases ideales. Entonces, una mezcla de gases es una combinación de varios gases diferentes que no entran en una reacción química en determinadas condiciones. En otras condiciones (por ejemplo, aumento de la presión), los mismos gases pueden reaccionar químicamente. Las mezclas se caracterizan por una cantidad física como la concentración en peso del gas $ g_i $ i-ésimo, que es un componente de la mezcla, con:

donde N es el número total de gases diferentes en la mezcla,

y concentración molar de $ x_i i-th $ gas en la mezcla, con:

donde $ < nu> _i $ es el número de moles de $ i-th $ gas en la mezcla.

¿Qué es la presión parcial?

La presión parcial es una característica del estado de los componentes de una mezcla de gases ideales.

Presión parcial $ (p_) $ $ i-th $ gas en la mezcla se llama presión que crearía este gas si, además de él, todos los demás gases estuvieran ausentes, pero el volumen y la temperatura permanecieron sin cambios.

donde $ V- $ volumen de la mezcla, $ T $ - temperatura de la mezcla. Cabe señalar aquí que debido a la igualdad de las energías cinéticas promedio de las moléculas de las mezclas, podemos hablar de la igualdad de temperaturas de todos los componentes de las mezclas en el estado de equilibrio termodinámico.

La presión de una mezcla de gases ideales p está determinada por la ley de Dalton:

Por lo tanto, la presión parcial se puede expresar como:

¿Qué es el volumen parcial?

Otro parámetro importante del estado de una mezcla de gases es el volumen parcial.

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El volumen parcial de $ V_i $ $ i-th $ gas en la mezcla es el volumen que tendría el gas si se eliminaran todos los demás gases de la mezcla a una temperatura y volumen constantes:

Para una mezcla de gases ideales, la ley de Amag sostiene:

De hecho, si expresamos $ < nu> _i $ de (6) y lo sustituimos en (4), obtenemos

El volumen parcial se puede calcular mediante la fórmula:

Los parámetros de estado de una mezcla de gases ideales obedecen a la ecuación de Mendeleev-Klaiperon de la siguiente forma:

donde todos los parámetros en la ecuación (9) se relacionan con la mezcla como un todo.

O la ecuación (9) a veces es más conveniente escribir de esta forma:

donde $ R_= frac<< mu> _> = R suma límites ^ N_< frac<< mu> _i >> $ es la constante de gas específica de la mezcla.

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Tarea: a 290 K, un recipiente de $ 1 m ^ 3 $ contiene 0.5 $ < cdot 10> ^ <-3> $ kg de hidrógeno y 0.10 $ < cdot 10> ^ <-3> $ kg de helio . Encuentre la presión parcial de helio y la presión de la mezcla.

Encuentra la cantidad de moles para cada componente de la mezcla usando la fórmula:

entonces el número de moles de hidrógeno en la mezcla, si usando la tabla periódica encontramos que la masa molar de hidrógeno es $ < mu> _= 2 cdot <10> ^ <-3> frac<кг><моль>$:

Usamos la ecuación de Mendeleev-Klaiperon para encontrar las presiones parciales de cada componente de la mezcla:

Entonces la presión de hidrógeno:

Calculamos la presión parcial de hidrógeno:

Del mismo modo, encontramos la presión parcial de helio:

Encontramos la presión de la mezcla como la suma de las presiones de sus componentes constituyentes:

Por lo tanto, la presión de la mezcla es igual a:

Respuesta: La presión parcial de helio es $ 60.25 $ Pa, la presión de la mezcla es $ 662.75 $ Pa.

Tarea: La mezcla de gases contiene 0,5 kg $ O_2 $ y 1 kg $ CO_2 $. Determine el volumen que tomará la mezcla de gases a una presión de una atmósfera, si los gases se consideran ideales. Tome la temperatura de la mezcla igual a 300 K.

Encuentra la masa de la mezcla de gases:

Encuentre los componentes de masa de la mezcla $ g_i $:

Calculamos la constante de gas de la mezcla:

La expresión para el volumen de la mezcla obtenida de la ecuación de Mendeleev-Klaiperon:

Calculemos el volumen, dado que p = 1 atm. = $ <10> ^ 5Pa $:

Respuesta: La mezcla ocupa un volumen de $ 0.9 m ^ 3. $

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Mezclas de gases ideales

Para un gas ideal, la presión parcial en la mezcla es igual a la presión que se ejercería si ocupara el mismo volumen que toda la mezcla de gas a la misma temperatura. La razón de esto es que, por definición, las fuerzas de atracción o repulsión no actúan entre las moléculas de un gas ideal, sus colisiones entre ellas y con las paredes del recipiente son absolutamente elásticas, y el tiempo de interacción entre las moléculas es insignificante en comparación con el tiempo promedio entre colisiones. En la medida en que las condiciones de una mezcla de gas real estén cerca de este ideal, la presión total de la mezcla es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas en la mezcla, según lo formulado por la ley de Dalton. Por ejemplo, dada una mezcla de gas ideal a partir de nitrógeno (N2), hidrógeno (H2) y amoniaco (NH3):

P = P N 2 + P H 2 + P N H 3 < displaystyle P = P _ << mathrm > _ <2>> + P_ << mathrm > _ <2>> + P_ << mathrm > _ <3> >>, donde:

P N 2 < displaystyle P _ << mathrm > _ <2> >> = presión parcial de nitrógeno (N2)

P H 2 < displaystyle P _ << mathrm > _ <2> >> = presión parcial de hidrógeno (H2)

P N H 3 < displaystyle P _ << mathrm > _ <3> >> = presión parcial de amoníaco (NH3)

Mezclas de gases ideales

La fracción molar de los componentes de gas individuales en una mezcla de gases ideal se puede expresar dentro de las presiones parciales de los componentes o moles de los componentes:

x i = P i P = n i n < displaystyle x _ < mathrm > = < frac >>

> = < frac >>>>

y la presión parcial de los componentes de gas individuales en un gas ideal se puede obtener usando la siguiente expresión:

P i = x i ⋅ P < displaystyle P _ < mathrm > = x_ < mathrm > cdot P>, donde:

La fracción molar de un componente individual en la mezcla de gases es igual a la fracción de volumen de este componente en la mezcla de gases.