Parciális nyomás

A gázkeverékekben minden gáz saját parciális nyomással rendelkezik, ez az az elméleti nyomás, amelyet a gáz akkor fejtene ki, ha ugyanazon a hőmérsékleten egyedül töltené ki a teljes térfogatot. A komponensek parciális nyomásának összege adja a rendszer össznyomását (Dalton-törvény).

Egy gáz parciális nyomása a gázmolekulák termodinamikai aktivitásának mértéke. A gázok nem a gázkeverékben vagy folyadékokban vett koncentrációjuknak, hanem a parciális nyomásuknak megfelelő mértékben oldódnak, diffundálnak és lépnek reakcióba. A gázoknak ez az általános tulajdonsága érvényes a gázok biológiai folyamatokban végbemenő kémiai reakcióiban is. Azt, hogy az oxigén mennyisége elegendő-e az emberi légzéshez, vagy már mérgező, egyedül az oxigén parciális nyomása határozza meg. Ez nagyon széles koncentrációtartományban, különböző gázkeverékekben vagy vérben oldott oxigénre is érvényes.Sablon:Pontosabban Az oxigén és a szén-dioxid parciális nyomása fontos paraméter az artériás vérgázvizsgálatban, de ezek az értékek például az agy-gerincvelői folyadékban is meghatározhatók.

Jelölés

A nyomás jele többnyire P vagy p, alsó indexben szerepelhet a gáz minősége vagy egyéb azonosító. Ha ezekből több is van, az alsó indexelés rekurzívan alkalmazandó.

például:

$P_1$ or $p_1$ = nyomás az 1. időpontban

$P_{H_2}$ or $p_{H_2}$ = a hidrogén parciális nyomása

$P_{v_{O_2}}$ or $p_{v_{O_2}}$ = az oxigén vénás parciális nyomása

Dalton-törvény

Dalton törvénye kimondja, hogy egy gázelegy össznyomása egyenlő a gázelegyet alkotó egyes gázok parciális nyomásának összegével. Ez az egyenlőség abból fakad, hogy az ideális gáz molekulái olyan távol vannak egymástól, hogy nem hatnak egymásra. A valóságban a gázok többsége nagyon jól megközelíti ezt az idealizált állapotot. Nitrogén (N₂), hidrogén (H₂) és ammónia (NH₃) ideális gázelegyében például:

$p=p_{\mathrm{N}{\phantom{A}}_2}+p_{\mathrm{H}{\phantom{A}}_2}+p_{\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3}$

ahol:
$p$	= a gázelegy teljes nyomása
$p_{\mathrm{N}{\phantom{A}}_2}$	= a nitrogén (N2) parciális nyomása
$p_{\mathrm{H}{\phantom{A}}_2}$	= a hidrogén (H2) parciális nyomása
$p_{\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3}$	= az ammónia (NH3) parciális nyomása

A Dalton-törvény sematikus ábrázolása

Ideális gázelegyek

Ideális esetben a parciális nyomások aránya megegyezik a molekulák számarányával, azaz az ideális gázoknál az egyes gázkomponensek $x_{\mathrm{i}}$ móltörtje kifejezhető a komponens parciális nyomásával vagy anyagmennyiségével:

$x_{\mathrm{i}}=\frac{p_{\mathrm{i}}}{p}=\frac{n_{\mathrm{i}}}{n}$

és ideális gázban egy egyedi komponens parciális nyomása az alábbi kifejezéssel kapható meg:

$p_{\mathrm{i}}=x_{\mathrm{i}}\cdot p$

ahol:
$x_{\mathrm{i}}$	= a gázkomponens móltörtje a gázelegyben
$p_{\mathrm{i}}$	= a gázkomponens parciális nyomása a gázelegyben
$n_{\mathrm{i}}$	= a gázkomponens anyagmennyisége (mólban) a gázelegyben
$n$	= a gázelegy teljes anyagmennyisége (mólban)
$p$	= a gázelegy teljes nyomása

Egy gázkeverékben az egyes komponensek móltörtje egyenlő a komponensek a gázkeverékbeli térfogattörtjével.

A parciális nyomások aránya az alábbi izoterm összefüggésen alapszik:

$V_x\times p_{tot}=V_{tot}\times p_x$

• V_x bármely egyedi (x) gáz komponens parciális térfogata
• V_tot a gázelegy teljes térfogata
• p_x az x gáz parciális nyomása
• p_tot a gázelegy teljes nyomása
• n_x a(z x) gáz anyagmennyisége
• n_tot a gázelegy teljes anyagmennyisége

Parciális térfogat (Amagat-szabály)

Egy adott gáz parciális térfogata egy gázelegyben az adott gáznak a térfogata az elegyben. Ez a fogalom gázkeverékek, például a levegő esetében hasznos, ha csak az egyik komponenst, például az oxigén áll a középpontban.

A parciális térfogat mind a parciális nyomás, mint a móltört segítségével közelíthető:

$V_x=V_{tot}\times \frac{p_x}{p_{tot}}=V_{tot}\times \frac{n_x}{n_{tot}}$

• V_x az x komponens parciális térfogata az elegyben
• V_tot a gázelegy teljes térfogata
• p_x az x komponens parciális nyomása
• p_tot a gázelegy teljes nyomása
• n_x az x komponens anyagmennyisége
• n_tot a gázelegyben a komponensek összes anyagmennyisége

Gőznyomás

Különböző folyadékok féllogaritmikus gőznyomásábrája

A gőznyomás egy, a kondenzált (azaz folyadék vagy szilárd) fázissal egyensúlyban levő gőz nyomása, többnyire a folyadékok párolgásra való hajlamának jellemzésére használják. A gőznyomás a molekulák és atomok folyadék vagy szilárd halmazállapotból történő szökésének mértéke. A folyadékok légköri nyomáson mért forráshőmérséklete megegyezik azzal a hőmérséklettel, amelyen a gőznyomása egyenlő a környező légnyomással, ezt forráspontnak vagy normál forráspontnak nevezzük.

Adott hőmérsékleten minél nagyobb egy folyadék gőznyomása, annál alacsonyabb a normál forráspontja.

A gőznyomásdiagramok különböző folyadékok gőznyomását ábrázolják a hőmérséklet függvényében. Ahogy az ábrán is látható, a legnagyobb gőznyomású folyadékoknak van a legalacsonyabb normális forráspontja.

Az ábrán feltüntetett folyadékok közül a metil-klorid gőznyomása a legnagyobb bármely hőmérsékleten. A normális forráspontja – ahol a metil-klorid gőznyomásgörbéje (kék vonal) metszi az egy atmoszféra (atm) nyomás vízszintes vonalát – is ennek az anyagnak a legkisebb, −24,2 °C. Megjegyzendő, hogy nagyobb tengerszint feletti magasságon a légköri nyomás kisebb, mint tengerszinten, ezért a folyadékok forráspontja lecsökken. A Csomolungma tetején a légnyomás közelítőleg 0,333 atm, így az ábráról leolvasva a dietil-éter forráspontja kb. 7,5 °C-nak adódik, a tengerszinten (1 atm) mért 34,6 °C-hoz képest.

Gázkeverékek reakcióinak egyensúlyi állandója

Gázkeverékben zajló kémiai reakció egyensúlyi állandóját meg lehet határozni az egyes komponensek parciális nyomásának és a reakcióegyenletnek az ismeretében. Gázállapotú reaktánsok és termékek alábbi módon felírható megfordítható reakciójában:

$aA+bB\rightleftharpoons cC+dD$

az egyensúlyi állandó:

$K_p=\frac{p_C^c{p}_D^d}{p_A^a{p}_B^b}$

ahol:
$K_p$	=  a reakció egyensúlyi állandója
$a$	=  az $A$ reaktáns sztöchiometriai együtthatója
$b$	=  a $B$ reaktáns sztöchiometriai együtthatója
$c$	=  a $C$ termék sztöchiometriai együtthatója
$d$	=  a $D$ termék sztöchiometriai együtthatója
$p_C^c$	=  a $C$ parciális nyomása a $c$-edik hatványon
$p_D^d$	=  a $D$ parciális nyomása a $d$-edik hatványon
$p_A^a$	=  az $A$ parciális nyomása az $a$-adik hatványon
$p_B^b$	=  a $B$ parciális nyomása a $b$-edik hatványon

Megfordítható reakciók esetén az össznyomás, a hőmérséklet vagy a reaktánsok koncentrációjának változása a tömeghatás törvényének (Le Chatelier-elv) megfelelően az egyenlet bal vagy jobb oldala felé tolja el az egyensúlyt.

A Henry-törvény és a gázok oldhatósága

A gázoknak egy folyadékban való oldhatóságát az oldott és nem oldott gáz közötti egyensúly határozza meg. Ennek az egyensúlyi állandója:

(1)     $k=\frac{p_x}{C_x}$

ahol:
$k$	=  a szolvatációs folyamat egyensúlyi állandója
$p_x$	=  az $x$ gáz parciális nyomása egyensúlyban
$C_x$	=  az $x$ gáz koncentrációja az oldatban

Az egyensúlyi állandó kifejezéséből látható, hogy egy oldott gáz oldatbeli koncentrációja egyenesen arányos ennek a gáznak az oldat feletti parciális nyomásával. Ezt nevezik Henry törvényének, a $k$ egyensúlyi állandót pedig Henry-állandónak.

A Henry-törvény az alábbi alakban is felírható:

(2)     $k^{\prime }=\frac{C_x}{p_x}$

ahol $k^{\prime }$-t is Henry-állandónak nevezik. Ahogy az (1) és (2) egyenletek összehasonlításából látható, $k^{\prime }$ nem más, mint $k$ reciproka. Mivel bármelyiket hívhatják Henry-állandónak, az olvasónak figyelmesnek kell lennie, hogy adott esetben éppen melyik változattal találkozik.

A Henry-törvény csak közelítés, híg, ideális oldatokra érvényes, ha nincs kémiai reakció az oldószer és az oldott gáz között.

Az orvostudományban

Különösen az oxigén és a szén-dioxid parciális nyomása ($p_{{\mathrm{O}}_2}$, illetve $p_{{\mathrm{C}\mathrm{O}}_2}$) fontos paraméter az artériás vérgázvizsgálatban, de ezek az értékek például az agy-gerincvelői folyadékban is meghatározhatók.Sablon:Pontosabban

A $p_{{\mathrm{O}}_2}$ és $p_{{\mathrm{C}\mathrm{O}}_2}$ referenciaértékei

	Egység	artériás vérgáz	vénás vérgáz	agy-gerincvelői folyadék	alveoláris nyomás
$p_{{\mathrm{O}}_2}$	kPa	11–13	4,0–5,3	5,3–5,9	14,2
	Hgmm	75–100	30–40	40–44	107
$p_{{\mathrm{C}\mathrm{O}}_2}$	kPa	4,7–6,0	5,5–6,8	5,9–6,7	4,8
	mmHg	35–45	41–51	44–50	36

Kapcsolódó szócikkek

• Pszichrometria