Resúmen de química general

Gases VI: Ley de Dalton (presión parcial)

Introducción

La presión parcial de un gas es la presión que este ejerce  en una mezcla de gases.  La presión total de la mezcla es la suma de las presiones parciales que cada gas contenido. De forma experimental, para poder calcular la fracción parcial no existe un método directo, sin embargo podemos obtener primero la fracción molar y luego ocupar las formulas dadas a fin de obtener la presión parcial ejercida por un gas en una mezcla.

Ley de las presiones parciales

El estudio de gases que hemos realizado hasta ahora solo ha tomado en cuenta gases puros. Sin embargo en ocasiones nos interesara la relación de presión, volumen y temperatura de mezclas. En éste y todos los casos que implican mezclas de gases, la presión total del gas se relaciona con las presiones parciales, es decir, las presiones de los componentes gaseosos individuales de la mezcla.

La ley de Dalton establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviera solo.

Supongamos un caso donde tenemos dos gases, A y B, en un recipiente de volumen V. De la ley del gas ideal sabemos que la presión ejercida por A y B es:

PA= nART/V   y   PB= nBRT/V

En la mezcla de gases tenemos colisiones de ambos tipos de moléculas, A y B, con las paredes del recipiente. Por tanto, de acuerdo con la ley de Dalton. Así, la presión total esta dada por la suma de las presiones parciales A y B.

PT= PA + PB

La suma de las presiones de A y B muestra el número de moles totales (n= nA + nB). Lo anterior indica que en la mezcla de gases la presión total depende solo del total de moles presente, no de la naturaleza de estos.

De este modo en una mezcla de gases, la presión total estará dada por la presión de cada uno de lo gases.

PT= P1 + P2 + P3 + P4…+ Pn

Fracción Molar

La fracción molar es una cantidad adimensional que expresa la relación del número de moles de un componente con el número de moles de todos los componentes presentes.

La fracción molar de una gas en una mezcla de gases esta dada por:

XA= nA/nT

Esta fracción siempre sera menor que 1.

Así, en una mezcla de dos o más gases, la presión parcial de A se puede expresar como:

PA= XA*PT

Medición de las presiones parciales

En artículos anteriores vimos algunos aparatos utilizados para medir la presión. Sin embargo estos  solo sirven para medir la presión total de la mezcla.

Para poder conocer las presiones parciales, es necesario obtener primero las fracciones molares de cada gas.

El método más directo para medir las fracciones molares es usar un espectrómetro de masas. Una vez obtenido las fracciones molares y habiendo sacado la presión total, podemos calcular las presiones parciales.

En el laboratorio no siempre podremos tener nuestro gas de estudio contenido en una mezcla de gases. La ley  de las presiones parciales es útil cuando necesitamos calcular volúmenes de gases recolectados en agua. Al calentar clorato de potasio (KClO3) se descompone en KCl y O2:

2KClO3 (s) ———> 2KCl(s) +3O2 (g)

El oxígeno gaseoso formado se puede recolectar en agua. Para esto nos basamos en la idea de que el gas no reacciona con agua y que la cantidad de oxigeno disuelto es despreciable. Estas suposiciones son válidas para el oxígeno gaseoso, pero no para otros gases como NH3, el cual se disuelve fácilmente en agua. El oxígeno recolectado no está puro porque en la botella también se encuentra presente vapor de agua. La presión total del gas es igual a la suma de las presiones ejercidas por el oxígeno gaseoso y el vapor de agua:

PT = PO2 + PH2O

Para calcular la cantidad de O2 formado debemos tomar en cuenta la presión ejercida por el vapor de agua. Obtener la presión parcial del vapor de agua a una temperatura dada es muy fácil, dado que existen tablas de valores de presión a distintas temperaturas.

Fuente

  1. Chang, Raymond, Química, 10ª Edición, McGraw Hill, México, 2010, Pág. 196-201

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