Presión parcial

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La presión parcial de un gas, en atmósferas, en una mezcla o solución, sería aproximadamente la presión de dicho gas si se eliminaran repentinamente todos los demás componentes de la mezcla o solución y sin que hubiese variación de temperatura. La presión parcial de un gas en una mezcla es la medida de la actividad termodinámica de las moléculas de dicho gas y, por lo tanto, es proporcional a la temperatura y concentración del mismo.

Lei de Dalton de las presiones parciales[editar]

La presión parcial de un gas ideal en una mezcla es igual a la presión que ejercería en caso de ocupar él solo el mismo volumen a la misma temperatura. Esto sucede porque las moléculas de un gas ideal están tan alejadas unas de otras que no interactúan entre ellas. La mayoría de los gases reales se acerca bastante a este modelo.

Como consecuencia de esto, la presión total, es decir la suma de todas estas presiones, de una mezcla en equilibrio es igual a la suma de las presiones parciales de los gases presentes. Por ejemplo, para la reacción dada:

N2 + 3H2 ↔ 2NH3

La presión total es igual a la suma de las presiones parciales individuales de los gases que forman la mezcla:

P = P_{{\mathrm{N}}_2} + P_{{\mathrm{H}}_2} + P_{{\mathrm{NH}}_3}

Donde P es la presión total de la mezcla y Px denota la presión parcial de x.

Para calcular la presión parcial de un gas basta con multiplicar su fracción molar por la presión total de la mezcla. Es decir:

P_A = {X_A} {P_T}

Si se disminuye el volumen del recipiente, la presión total de los gases aumenta. Por ser la reacción reversible, la posición de equilibrio se mueve hacia el lado de la reacción con un menor número de moles (en este caso, el producto del lado derecho). Por el Principio de Le Châtelier, esto sería como aumentar la fracción de la presión completa disponible a los productos, y disminuir la fracción disponible a los reactivos (porque hay más moles de reactivo que de producto). Varía la composición de los gases, por lo que aumenta la presencia de amoníaco. De forma similar, un cambio en la temperatura del sistema propicia la producción de reactivos (porque la reacción inversa es endotérmica).

La presión parcial de un gas es proporcional a su fracción molar, lo que es una medida de concentración. Esto quiere decir que se puede hallar la constante de equilibrio para una reacción en equilibrio que involucre una mezcla de gases a partir de la presión parcial de cada uno y la fórmula química de la reacción. La constante de equilibrio para los gases se denota como KP. Para una reacción:

aA + bB ↔ cC + dD

Así, la constante de equilibrio KP se puede calcular con,

K_P = \frac{P_C^c P_D^d} {P_A^a  P_B^b}

Aunque la composición de los gases varía cuando se comprime el recipiente, el equilibrio permanece invariante (asumiendo que la temperatura permanezca también constante).

Fase líquida frente a fase gaseosa[editar]

La presión parcial en un fluido es igual a la del gas con el que el fluido está en equilibrio.

Cuando se expone un líquido a un gas, las moléculas del gas se disolverán en el líquido.

Ley de Henry[editar]

La ley de Henry se puede usar para determinar la presión parcial de un gas en el seno de un fluido.

 \textrm{presion\ parcial} = \frac{\textrm{concentracion\ del\ gas\ disuelto}}{\textrm{constante\ de\ Henry}}


P(z) = P x Xz

Por ejemplo, a 50 metros de profundidad (165 pies), la presión absoluta es de 6 bar (1 bar correspondiente a la presión atmosférica + 5 bar por la debida al agua) y la presión parcial de los componentes principales del aire, 21% oxígeno y 79% nitrógeno son:

P(N2) = 6 bar x 0,79 = 4,74 bar
P(O2) = 6 bar x 0,21 = 1,26 bar

El margen considerado seguro en cuanto a las presiones parciales de oxígeno en una mezcla gaseosa está entre 0,16 bar y 1,6 bar. Hay riesgo de sufrir hipoxia y pérdida repentina del conocimiento con una P(O2) menor de 0,16 bar. La toxicidad del oxígeno, implicando convulsiones, se convierte en un riesgo con una P(O2) superior a 1,6 bar. La presión parcial del oxígeno determina la profundidad máxima operativa de una mezcla gaseosa.

La narcosis producida por efecto del nitrógeno es un problema en las mezclas gaseosas que contienen dicho gas. La presión típica máxima prevista del nitrógeno en submarinismo recreativo es de unos 3,2 bar, basada en una profundidad equivalente de aire de 30 metros.