Ley de Dalton de la presión parcial
Conceptos básicos de la Ley de Dalton
En 1801, el químico inglés John Dalton hizo observaciones sobre el vapor y el aire, que se publican en 1802 y finalmente como la ley de Dalton de la presión parcial. En este tutorial, aprenderás qué es la presión parcial, cómo encontrar la presión parcial de un gas usando la fórmula de la presión parcial y cómo la Ley de Dalton la relaciona con la fracción molar.
Temas tratados en otros artículos
- Qué es la presión
- Ley de Charles
- Ley de Avogadro
- Ley de Boyle
- Ley de los gases ideales
- Ecuación de estado de Van der Waal
- Ley de Gay Lussac
- Ley combinada de los gases
Gases múltiples
Consideremos un depósito que contiene 1 mol de gas neón. La presión es de 1 atmósfera. Consideremos ahora qué ocurriría si añadiéramos otro mol de gas neón.
De nuestro artículo sobre la presión, Qué es la presión, sabemos que la presión está causada por el choque de las partículas de gas contra las paredes del recipiente. Como al duplicar la cantidad de moles de gas se duplicaría la cantidad de partículas de gas, sabemos que al añadir este segundo mol de gas se duplicaría la presión.
Ahora, pensemos qué pasaría si en lugar de añadir otro mol de gas neón, añadiéramos un mol de helio. La cantidad de partículas en un mol es la misma independientemente de la sustancia, por lo que sabemos que la cantidad de partículas que estamos añadiendo es la misma que antes.
Por lo tanto, podemos concluir que al añadir más cantidad de un gas diferente, la presión del depósito aumentará.
Presión parcial
En el tanque de antes que contiene neón y helio, la presión sería de 2 atmósferas, porque la cantidad total de moles es de 2 moles, y cada mol ejerce una atmósfera.
A partir de esta conclusión, podemos ver que la cantidad de presión ejercida por cada especie de gas no es la totalidad de las 2 atmósferas, sino que es una parte de la presión total.
Ley de Dalton de la presión parcial
La Ley de Dalton de las presiones parciales establece que la suma de estas porciones suma la presión total del recipiente, es decir, la suma de las presiones del neón y el helio del tanque antes, suma la presión total del tanque.
De aquí surge la ecuación: Ptot = P1 + P2 + P3 + … + Pn. Esta ecuación es la Ley de Dalton, y puede utilizarse para determinar la presión total de un sistema.
La fórmula de la presión parcial
La fórmula de la presión parcial es una forma de calcular la presión que tendría un gas si fuera el único gas presente en una mezcla de gases. Es útil porque la presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de todos los gases de la mezcla.
Para utilizar la fórmula, es necesario conocer la fracción de un gas en la mezcla y la presión total de la mezcla de gases. La fracción de un gas en la mezcla es la relación entre el número de moléculas de ese gas y el número total de moléculas de la mezcla. Por ejemplo, si una mezcla de gases contiene 25 moléculas de un gas y 75 moléculas de otro gas, la fracción del primer gas en la mezcla sería 0.25.
Una vez que se tiene la fracción de un gas en la mezcla y la presión total de la mezcla de gases, se puede utilizar la fórmula de la presión parcial para calcular la presión parcial de ese gas. La fórmula es la siguiente:
Presión parcial = (fracción de gas en la mezcla) ∗ (presión total de la mezcla de gases)
Por ejemplo, si la fracción de un gas en una mezcla es 0.25 y la presión total de la mezcla de gases es 100 kPa, entonces la presión parcial de ese gas sería 25 kPa.
Fracciones molares y presión parcial
Antes añadíamos porciones iguales de gas. ¿Qué pasaría si en lugar de eso añadiéramos porciones desiguales?
Consideremos el mismo tanque de antes, excepto que en lugar de 1 mol de gas neón, añadimos 3 moles originalmente. Por la Ley de Avogadro, sabemos que la presión será proporcional a la cantidad de moles, así que en este caso la presión del gas neón será de 3 moles.
A continuación, añadimos 1 mol de gas helio. Ahora, la cantidad total de moles de gas no se duplica, sino que aumenta un 33%. Debido a esto, sólo hay un 33% más de colisiones con las paredes del recipiente y, por tanto, la presión sólo aumenta en 1 atm.
A partir de esto, podemos ver que la presión total se convierte en 4 atm, y el total de moles se convierte en 4 moles. Podemos tomar la fracción molar del gas helio, NHe / Ntot, y veremos que es igual a 0.25. Esta también es la fracción de presión que ejerce el gas helio.
Debido a esto, la presión parcial de un gas se puede determinar por su fracción molar a través de la ecuación P1 = X1Ptot, donde x1 es la fracción molar del gas 1.
Problema de ejemplo de la ley de Dalton
Cómo hallar la presión parcial
He aquí un ejemplo de cómo resolver un problema sobre la ley de Dalton de la presión parcial y cómo hallar la presión parcial de un gas.
Un tanque está lleno con 32g de gas de oxígeno y 12g degas de helio. La presión total en el tanque es 4atm. ¿Cuáles son las presiones parciales de los gases oxígeno y helio?
En primer lugar, determina la cantidad de moles tanto del gas oxígeno como del gas helio.
O2: 32 g / 32.00 g/mol = 1 mol
He: 12 g / g/mol = 3 mol
A continuación, determina las fracciones molares de los gases oxígeno y helio.
O2: NO2 / Ntot = 1 mol / 4 mol = 0.25
He: NHe / Ntot = 3 mol / 4 mol = 0.75
Por último, utiliza la fracción molar para determinar la presión parcial.
O2: xO2Ptot = 0.25 ∗ 4 atm = 1 atm
He: xHePtot = 0.75 ∗ 4 atm = 3 atm
Para obtener más ayuda, vea nuestro vídeo interactivo en el que se explica la ley de Dalton de la presión parcial y más problemas de ejemplo.
Problemas de práctica de la Ley de Dalton
Problem 1
Tienes un recipiente con 4.00atm etanol gaseoso y 10.5atm de O2. Entonces combustionas la mayor cantidad posible de etanol en dióxido de carbono y vapor de agua. ¿Cuál es el cambio total en la presión (ΔPtot ) dentro del recipiente después de la combustión? (ΔPtot = Ptot, final – Ptot, initial }
El etanol se quema según la siguiente ecuación:
CH3CH2OH + 3O2 → 3H2O + 2CO2
Problema 2
Tienes un recipiente con 2mol cada uno de N2, O2, y Ar con una presión total de 9atm. You decide to add Ar to increase the total pressure to 10atm. What is the final mole fraction and final partial pressure of Ar?
Soluciones a los problemas de práctica de la ley de Dalton
1: ΔPtot = +3.5atm
2: XAr = 0.4, PAr = 4atm