Парциальное давление

Парциа́льное давление (лат. partialis «частичный» от pars «часть») — давление, оказываемое компонентом газовой смеси, при условии удаления других компонентов из занимаемого объёма, сохраняя этот объём и текущую температуру^[1][2][3]. Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов.

Прибор Рамзая для обнаружения парциального давления.

Во внутреннем сосуде Р из палладия находится смесь азота и водорода под общим давлением в 1 атм. Сосуд Р соединён с дифференциальным манометром и помещён в сосуд большего размера. При высоких температурах водород легко диффундирует через палладиевую оболочку, и стенки сосуда Р становятся полупроницаемыми — они проницаемы для водорода, но непроницаемы для азота. Пропуская нагретый водород с давлением в 1 стандартную атмосферу (атм) через больший сосуд, исследователь обнаружит, что давление смеси газов в сосуде Р превысит 1 стандартную атмосферу (атм) на величину парциального давления азота при данной температуре.

В химии парциальное давление газа в смеси газов определяется как указано выше. Парциальное давление газа, растворённого в жидкости, является парциальным давлением того газа, который образовался бы в фазе газообразования в состоянии равновесия с жидкостью при той же температуре. Парциальное давление газа измеряется как термодинамическая активность молекул газа. Газы всегда будут вытекать из области с высоким парциальным давлением в область с более низким давлением; и чем больше разница, тем быстрее будет поток. Газы растворяются, диффундируют и реагируют соответственно их парциальному давлению и не обязательно зависимы от концентрации в газовой смеси.

Законы Дальтона парциального давления

Иллюстрация принципа газового закона Дальтона

Основная статья: Законы Дальтона

Для идеального газа парциальное давление в смеси равно давлению, которое будет оказываться, если бы он занимал тот же объём, что и вся смесь газов, при той же температуре. Причина этого в том, что между молекулами идеального газа по определению не действуют силы притяжения или отталкивания, их соударения между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями. Насколько условия реально существующей смеси газов близки этому идеалу, настолько общее давление смеси равно сумме парциальных давлений каждого газа смеси, как это формулирует закон Дальтона^[4]. Например, дана смесь идеального газа из азота (N₂), водорода (H₂) и аммиака (NH₃):

${\displaystyle P=P_{{\mathrm {N} }_{2}}+P_{{\mathrm {H} }_{2}}+P_{{\mathrm {NH} }_{3}}}$, где:

${\displaystyle P}$ = общему давлению в газовой смеси

${\displaystyle P_{{\mathrm {N} }_{2}}}$ = парциальному давлению азота (N₂)

${\displaystyle P_{{\mathrm {H} }_{2}}}$ = парциальному давлению водорода (H₂)

${\displaystyle P_{{\mathrm {NH} }_{3}}}$ = парциальному давлению аммиака (NH₃)

Смеси идеальных газов

Мольная доля отдельных компонентов газа в идеальной газовой смеси может быть выражена в пределах парциальных давлений компонентов или молей компонентов:

${\displaystyle x_{\mathrm {i} }={\frac {n_{\mathrm {i} }}{n}}={\frac {P_{\mathrm {i} }}{P}}}$

и парциальное давление отдельных компонентов газов в идеальном газе может быть получено при использовании следующего выражения:

${\displaystyle P_{\mathrm {i} }=x_{\mathrm {i} }\cdot P}$, где:

${\displaystyle x_{\mathrm {i} }}$ = мольной доле любого отдельного компонента газа в газовой смеси

${\displaystyle P_{\mathrm {i} }}$ = парциальному давлению любого отдельного компонента газа в газовой смеси

${\displaystyle n_{\mathrm {i} }}$ = молям любого отдельного компонента газа в газовой смеси

${\displaystyle n}$ = общему числу молей газовой смеси

${\displaystyle P}$ = общему давлению в газовой смеси

Мольная доля отдельного компонента в газовой смеси равна объёмной доле этого компонента в газовой смеси^[5].

См. также

• Пар
• Газ, Идеальный газ и Уравнение состояния идеального газа
• Мольная доля и Моль
• Законы Дальтона
• Объёмный процент
• Закон Генри

Примечания

1. Парциальное давление. Статья в физической энциклопедии.  (неопр.) Дата обращения: 6 июля 2012. Архивировано 5 июля 2012 года.
2. Charles Henrickson. Chemistry (неопр.). — Cliffs Notes, 2005. — ISBN 0-764-57419-1.
3. Парциальное давление. Большая советская энциклопедия.  (рус.) www.booksite.ru. Дата обращения: 11 января 2021. Архивировано 13 января 2021 года.
4. Dalton's Law of Partial Pressures  (неопр.). Дата обращения: 29 января 2010. Архивировано из оригинала 22 декабря 2008 года.
5. Pittsburgh University chemical engineering class notes  (неопр.). Дата обращения: 29 января 2010. Архивировано из оригинала 23 апреля 2009 года.