Pressão parcial

Como pressão parcial e volume parcial são conceitos relacionados às misturas de gases, primeiro determinamos o que é uma mistura de gases ideais. Portanto, uma mistura de gases é uma combinação de vários gases diferentes que não entram em uma reação química sob determinadas condições. Sob outras condições (por exemplo, aumento da pressão), os mesmos gases podem reagir quimicamente. As misturas são caracterizadas por uma quantidade física como a concentração em peso do gás $ g_i $ i-ésimo gás, que é um componente da mistura, com:

onde N é o número total de gases diferentes na mistura,

e concentração molar de $ x_i i-és $ $ de gás na mistura, com:

onde $ < nu> _i $ é o número de mols de $ i-és $ $ de gás na mistura.

O que é pressão parcial?

A pressão parcial é uma característica do estado dos componentes de uma mistura de gases ideais.

Pressão parcial $ (p_) $ $ i-és $ $ de gás na mistura é chamado de pressão que esse gás criaria se, além disso, todos os outros gases estivessem ausentes, mas o volume e a temperatura permanecessem inalterados.

onde $ V- $ volume da mistura, $ T $ - temperatura da mistura. Deve-se notar aqui que, devido à igualdade das energias cinéticas médias das moléculas das misturas, podemos falar da igualdade de temperaturas de todos os componentes das misturas no estado de equilíbrio termodinâmico.

A pressão de uma mistura de gases ideais p é determinada pela lei de Dalton:

Portanto, a pressão parcial pode ser expressa como:

O que é volume parcial

Outro parâmetro importante do estado de uma mistura de gases é o volume parcial.

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O volume parcial de $ V_i $ $ i-é $ $ de gás na mistura é o volume que o gás teria se todos os outros gases fossem removidos da mistura a uma temperatura e volume constantes:

Para uma mistura de gases ideais, a lei de Amag sustenta:

De fato, se expressarmos $ < nu> _i $ de (6) e substituí-lo em (4), obteremos

O volume parcial pode ser calculado pela fórmula:

Os parâmetros de estado de uma mistura de gases ideais obedecem à equação de Mendeleev-Klaiperon da seguinte forma:

onde todos os parâmetros na equação (9) se relacionam com a mistura como um todo.

Ou a equação (9) às vezes é mais conveniente escrever desta forma:

onde $ R_= frac<< mu> _> = R soma limites ^ N_< frac<< mu> _i >> $ é a constante de gás específica da mistura.

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Tarefa: A 290 K, um navio de $ 1 m ^ 3 $ contém 0,5 $ < cdot 10> ^ <-3> $ kg de hidrogênio e 0,10 $ < cdot 10> ^ <-3> $ kg de hélio . Encontre a pressão parcial de hélio e a pressão da mistura.

Encontre o número de moles para cada componente da mistura usando a fórmula:

então o número de moles de hidrogênio na mistura, se usando a tabela periódica, descobrimos que a massa molar de hidrogênio é $ < mu> _= 2 cdot <10> ^ <-3> frac<кг><моль>$:

Usamos a equação de Mendeleev-Klaiperon para encontrar as pressões parciais de cada componente da mistura:

Então a pressão do hidrogênio:

Calculamos a pressão parcial do hidrogênio:

Da mesma forma, encontramos a pressão parcial do hélio:

Encontramos a pressão da mistura como a soma das pressões de seus componentes constituintes:

Portanto, a pressão da mistura é igual a:

Resposta: A pressão parcial do hélio é $ 60,25 $ Pa, a pressão da mistura é $ 662,75 $ Pa.

Tarefa: A mistura de gás contém 0,5 kg $ O_2 $ e 1 kg $ CO_2 $. Determine o volume que a mistura de gases levará à pressão de uma atmosfera, se os gases forem considerados ideais. Tome a temperatura da mistura igual a 300 K.

Encontre a massa da mistura gasosa:

Encontre os componentes de massa da mistura $ g_i $:

Calculamos a constante de gás da mistura:

A expressão para o volume da mistura obtida a partir da equação de Mendeleev-Klaiperon:

Vamos calcular o volume, dado que p = 1 atm. = $ <10> ^ 5Pa $:

Resposta: A mistura ocupa um volume de $ 0,9 m ^ 3. $

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Misturas de gases ideais

Para um gás ideal, a pressão parcial na mistura é igual à pressão que seria exercida se ocupasse o mesmo volume que toda a mistura de gás na mesma temperatura. A razão para isso é que, por definição, as forças de atração ou repulsão não agem entre as moléculas de um gás ideal, suas colisões entre si e com as paredes do vaso são absolutamente elásticas, e o tempo de interação entre as moléculas é desprezível em comparação ao tempo médio entre colisões. Na medida em que as condições de uma mistura de gás real se aproximam desse ideal, a pressão total da mistura é igual à soma das pressões parciais de cada gás na mistura, conforme formulado pela lei de Dalton. Por exemplo, dada uma mistura de gás ideal a partir de nitrogênio (N₂), hidrogênio (H₂) e amônia (NH₃):

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

P N 2 < displaystyle P _ << mathrm > _ <2> >> = pressão parcial de nitrogênio (N₂)

P H 2 < displaystyle P _ << mathrm > _ <2> >> = pressão parcial de hidrogênio (H₂)

P N H 3 < displaystyle P _ << mathrm > _ <3> >> = pressão parcial de amônia (NH₃)

Misturas de gases ideais

A fração molar de componentes de gás individuais em uma mistura de gás ideal pode ser expressa dentro das pressões parciais dos componentes ou moles dos componentes:

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

> = < frac >>>>

e a pressão parcial dos componentes individuais do gás em um gás ideal pode ser obtida usando a seguinte expressão:

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

A fração molar de um componente individual na mistura gasosa é igual à fração volumétrica desse componente na mistura gasosa.