Частичное давление

В смеси газов каждый составляющий газ имеет парциальное давление , которое является условным давлением этого составляющего газа, как будто он один занимал весь объем исходной смеси при той же температуре . ^{[ 1 ]} Общее давление идеальной газовой смеси - это сумма частичного давления газов в смеси ( закон Далтона ).

газа Частичное давление газа является мерой термодинамической активности молекул . Газы растворяются, диффундируют и реагируют в соответствии с их частичным давлением, но не в соответствии с их концентрациями в газовых смесях или жидкостях. Это общее свойство газов также верно в химических реакциях газов в биологии. Например, необходимое количество кислорода для дыхания человека и токсичное количество, устанавливается за счет частичного давления только кислорода. Это верно в очень широком диапазоне различных концентраций кислорода, присутствующих в различных вдыхающих дыхательных газах или растворенных в крови; ^{[ 2 ]} Следовательно, соотношения смеси, как и в воздухопроницаемом кислороде и 80% азота, определяются по объему, а не по весу или массе. ^{[ 3 ]} Кроме того, частичное давление кислорода и углекислого газа является важными параметрами в тестах газов артериальной крови . Тем не менее, эти давления также можно измерить, например, спинномозговую жидкость .

Символ

Символом давления обычно является $P$ или $PP$ , который может использовать индекс для определения давления, а виды газа также упоминаются подписанием. В сочетании эти подписки применяются рекурсивно. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Примеры:

$P_{1}$ или $p_{1}$ = давление в момент времени 1
$P_{{\ce {H2}}}$ или $p_{{\ce {H2}}}$ = частичное давление водорода
$P_{a_{{\ce {O2}}}}$ или $p_{a_{{\ce {O2}}}}$ или p _a o ₂ = артериальное парциальное давление кислорода
$P_{v_{{\ce {O2}}}}$ или $p_{v_{{\ce {O2}}}}$ или p _v o ₂ = венозное парциальное давление кислорода

Закон о частичном давлении Далтона

Закон Далтона выражает тот факт, что общее давление смеси идеальных газов равно сумме частичного давления отдельных газов в смеси. ^{[ 6 ]} Это равенство возникает из -за того, что в идеальном газе молекулы настолько далеко друг от друга, что они не взаимодействуют друг с другом. Большинство реальных реальных газов поставляются очень близко к этому идеалу. Например, при необходимости идеальной газовой смеси азота (N ₂ ), водорода (H ₂ ) и аммиака (NH ₃ ):

$p=p_{{\ce {N2}}}+p_{{\ce {H2}}}+p_{{\ce {NH3}}}$ где:

$p$ = общее давление газовой смеси
$p_{{\ce {N2}}}$ = частичное давление азота (N ₂ )
$p_{{\ce {H2}}}$ = частичное давление водорода (H ₂ )
$p_{{\ce {NH3}}}$ = частичное давление аммиака (NH ₃ )

Идеальные газовые смеси

В идеале отношение частичного давления равняется отношению количества молекул. То есть моль $x_{\mathrm {i} }$ отдельного газового компонента в идеальной газовой смеси может быть выражена с точки зрения парциального давления компонента или молей компонента: $x_{\mathrm {i} }={\frac {p_{\mathrm {i} }}{p}}={\frac {n_{\mathrm {i} }}{n}}$

и частичное давление отдельного газового компонента в идеальном газе может быть получено с использованием этого выражения: $p_{\mathrm {i} }=x_{\mathrm {i} }\cdot p$

где:
$x_{\mathrm {i} }$	= молька какого -либо отдельного газового компонента в газовой смеси
$p_{\mathrm {i} }$	= частичное давление любого отдельного газового компонента в газовой смеси
$n_{\mathrm {i} }$	= Моли любого отдельного газового компонента в газовой смеси
$n$	= общие родинки газовой смеси
$p$	= общее давление газовой смеси

Моль -доля газового компонента в газовой смеси равна объемной фракции этого компонента в газовой смеси. ^{[ 7 ]}

Соотношение частичного давления опирается на следующее соотношение изотермы: ${\frac {V_{\rm {X}}}{V_{\rm {tot}}}}={\frac {p_{\rm {X}}}{p_{\rm {tot}}}}={\frac {n_{\rm {X}}}{n_{\rm {tot}}}}$

V _x - частичный объем любого отдельного газового компонента (x)
V _tot - это общий объем газовой смеси
P _x - парциальное давление газа x
P _TOT - это общее давление газовой смеси
n _x - количество вещества газа (x)
N _Tot - это общее количество вещества в газовой смеси

Частичный объем (закон аддитивного объема Амагата)

Частичным объемом конкретного газа в смеси является объем одного компонента газовой смеси. Это полезно в газовых смесях, например, воздуха, сосредоточиться на одном конкретном газовом компоненте, например, кислородом.

Он может быть аппроксимирован как от парциального давления, так и от молярной фракции: ^{[ 8 ]} $V_{\rm {X}}=V_{\rm {tot}}\times {\frac {p_{\rm {X}}}{p_{\rm {tot}}}}=V_{\rm {tot}}\times {\frac {n_{\rm {X}}}{n_{\rm {tot}}}}$

V _x - частичный объем отдельного газового компонента x в смеси
V _tot - это общий объем газовой смеси
P _x - парциальное давление газа x
P _TOT - это общее давление газовой смеси
n _x - количество вещества газа x
N _Tot - это общее количество вещества в газовой смеси

Давление паров

Давление паров -это давление паров в равновесии с его фазами не-Vapor (т. Е., Жидкостью или твердого вещества). Чаще всего термин используется для описания жидкости тенденции к испарениям . Это мера тенденции молекул и атомов сбежать из жидкости или твердого вещества . Точка кипения атмосферного давления в жидкости соответствует температуре, при которой давление его пара равна окружающему атмосферному давлению, и ее часто называют нормальной точкой кипения .

Чем выше давление паров жидкости при заданной температуре, тем ниже нормальная точка кипения жидкости.

Отображаемая диаграмма давления паров имеет графики давления паров по сравнению с температурами для различных жидкостей. ^{[ 9 ]} Как видно на графике, жидкости с самым высоким давлением паров имеют самые низкие нормальные точки кипения.

Например, при любой заданной температуре метилхлорид имеет самое высокое давление паров всех жидкостей в диаграмме. Он также имеет самую низкую нормальную точку кипения (-24,2 ° C), где кривая давления паров метилахлорида (синяя линия) пересекает горизонтальную линию давления одной атмосферы ( атм ) абсолютного давления пара. На более высоких высотах атмосферное давление меньше, чем на уровне моря, поэтому точки кипения жидкостей уменьшаются. В верхней части горы Эверест атмосферное давление составляет приблизительно 0,333 атм, поэтому, используя график, температура кипения диэтилового эфира будет приблизительно 7,5 ° C против 34,6 ° C на уровне моря (1 атм).

Равновесные константы реакций, связанных с газовыми смесями

Можно выработать константу равновесия для химической реакции, включающей смесь газов, с учетом парциального давления каждого газа и общей формулы реакции. Для обратимой реакции с участием газовых реагентов и газовых продуктов, таких как: ${\ce {{{\mathit {a}}A}+{{\mathit {b}}B}<=>{{\mathit {c}}C}+{{\mathit {d}}D}}}$

Константа равновесия реакции будет: $K_{\mathrm {p} }={\frac {p_{C}^{c}\,p_{D}^{d}}{p_{A}^{a}\,p_{B}^{b}}}$

где:
$K_{p}$	= Константа равновесия реакции
$a$	= коэффициент реагента $A$
$b$	= коэффициент реагента $B$
$c$	= коэффициент продукта $C$
$d$	= коэффициент продукта $D$
$p_{C}^{c}$	= парциальное давление $C$ поднятый в силу $c$
$p_{D}^{d}$	= парциальное давление $D$ поднятый в силу $d$
$p_{A}^{a}$	= парциальное давление $A$ поднятый в силу $a$
$p_{B}^{b}$	= парциальное давление $B$ поднятый в силу $b$

Для обратимых реакций изменения в общем давлении, температуре или концентрациях реагента будут сдвигать равновесие , чтобы оценить правую или левую сторону реакции в соответствии с принципом Le Chatelier . Тем не менее, кинетика реакции может либо противостоять, либо усилить сдвиг равновесия. В некоторых случаях кинетика реакции может быть важным фактором, который следует учитывать.

Закон Генри и растворимость газов

Газы будут растворяться в жидкостях в такой степени, которая определяется равновесием между нерастворенным газом и газом, растворенным в жидкости (называемый растворителем ). ^{[ 10 ]} Константа равновесия для этого равновесия:

k={\frac {p_{x}}{C_{x}}}

( 1 )

где:

$k$ = постоянная равновесия для сольвации процесса
$p_{x}$ = частичное давление газа $x$ в равновесии с раствором , содержащим некоторые газа
$C_{x}$ = концентрация газа $x$ в жидком растворе

Форма константы равновесия показывает, что концентрация растворенного газа в растворе непосредственно пропорциональна частичному давлению этого газа над раствором . Это утверждение известно как закон Генри и константа равновесия $k$ довольно часто называют постоянным законом Генри. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

Закон Генри иногда пишутся как: ^{[ 13 ]}

k'={\frac {C_{x}}{p_{x}}}

( 2 )

где $k'$ также называется постоянным законом Генри. ^{[ 13 ]} Как видно, сравнивая уравнения ( 1 ) и ( 2 ) выше, $k'$ является взаимным $k$ Полем Поскольку оба могут упоминаться как постоянная закон Генри, читатели технической литературы должны быть довольно осторожны, отметить, какая версия закона Генри используется.

Закон Генри - это приближение, которое применяется только для разбавленных, идеальных растворов и для растворов, где жидкий растворитель не реагирует химически с растворенным газом.

В дайвинговых дыхательных газах

При подводном дайвинге физиологические эффекты отдельных компонентных газов дыхательных газов являются функцией парциального давления. ^{[ 14 ]}

Используя термины дайвинга, парциальное давление рассчитывается как:

Частичное давление = (общее абсолютное давление) × (объемная доля газового компонента) ^{[ 14 ]}

Для компонента газа "я":

p _i = p × f _i^{[ 14 ]}

Например, на расстоянии 50 метров (164 фута) под водой общее абсолютное давление составляет 6 бар (600 кПа) (то есть 1 бар атмосферного давления + 5 бар давления воды) и частичное давление основных компонентов воздуха , кислорода. 21% по объему и азот приблизительно 79% по объему:

PN ₂ = 6 бар × 0,79 = 4,7 бар.

PO ₂ = 6 бар × 0,21 = 1,3 бар.

где:
P _I.	= частичное давление газового компонента I = $P_{\mathrm {i} }$ в терминах, используемых в этой статье
П	= полное давление = $P$ в терминах, используемых в этой статье
F _я	= объемная доля газового компонента I = моль -фракция, $x_{\mathrm {i} }$ , в терминах, используемых в этой статье
ПН ₂	= частичное давление азота = $P_{\mathrm {N_{2}} }$ в терминах, используемых в этой статье
PO ₂	= частичное давление кислорода = $P_{\mathrm {O_{2}} }$ в терминах, используемых в этой статье

Минимальный безопасный нижний предел для частичного давления кислорода в дыхательном газовой смеси для дайвинга составляет 0,16 бар (16 кПа) абсолютно. Гипоксия и внезапное бессознательное сознание могут стать проблемой с частичным давлением кислорода менее 0,16 бар. ^{[ 15 ]} Токсичность кислорода , включающая судороги, становится проблемой, когда частичное давление кислорода слишком высока. Руководство по дайвинге NOAA рекомендует максимальную единую экспозицию 45 минут в 1,6 бар абсолютов, 120 минут в 1,5 бар, абсолютно 150 минут на 1,4 бар, из 180 минут в 1,3 бар и 210 минут в 1,2 бар. Токсичность кислорода становится риском, когда эти частичное давление и воздействие кислорода превышают. Частичное давление кислорода также определяет максимальную рабочую глубину газовой смеси. ^{[ 14 ]}

Наркоз является проблемой, когда дышащие газы при высоком давлении. Как правило, максимальное общее частичное давление наркотических газов, используемых при планировании технического дайвинга, может составлять около 4,5 бар, основываясь на эквивалентной глубине наркотиков 35 метров (115 футов).

Эффект токсичного загрязнения, такого как угарный газ в дыхательном газе, также связан с парциальным давлением при дыхании. Смесь, которая может быть относительно безопасной на поверхности, может быть опасно токсичной на максимальной глубине погружения, или допустимый уровень углекислого газа в дыхательном петле повторного ребра дайвинга может стать невыносимым в течение нескольких секунд во время спуска, когда частичное давление быстро увеличивается , и может привести к панике или выведению из строя дайвера. ^{[ 14 ]}

В медицине

Частичное давление особенно кислорода ( $p_{\mathrm {O_{2}} }$ ) и углекислый газ ( $p_{\mathrm {CO_{2}} }$ ) являются важными параметрами в тестах газов артериальной крови , но также могут быть измерены, например, спинномозговой жидкости . ^{[ почему? ]}

Справочные диапазоны для $p_{\mathrm {O_{2}} }$ и $p_{\mathrm {CO_{2}} }$
	Единица	Артериальная крови газ	Венозной крови газ	Спинномозговая жидкость	Альвеолярный легочный давление газа
$p_{\mathrm {O_{2}} }$	КПА	11–13 ^{[ 16 ]}	4.0–5.3 ^{[ 16 ]}	5.3–5.9 ^{[ 16 ]}	14.2
$p_{\mathrm {O_{2}} }$	Mmhg	75–100 ^{[ 17 ]}	30–40 ^{[ 18 ]}	40–44 ^{[ 19 ]}	107
$p_{\mathrm {CO_{2}} }$	КПА	4.7–6.0 ^{[ 16 ]}	5.5–6.8 ^{[ 16 ]}	5.9–6.7 ^{[ 16 ]}	4.8
$p_{\mathrm {CO_{2}} }$	Mmhg	35–45 ^{[ 17 ]}	41–51 ^{[ 18 ]}	44–50 ^{[ 19 ]}	36

Смотрите также

Натяжение газа в крови - парциальное давление газов крови
Дыхательный газ - газ, используемый для дыхания человека
Закон Генри - Закон о газе относительно пропорциональности растворенного газа
Идеальный газ - математическая модель, которая приближается к поведению реальных газов
- Идеальный закон газа - уравнение состояния гипотетического идеального газа
Моль -фракция - доля компонента в смеси
- Родинка (единица) - SI единица величины вещества
Пара - вещества в газовой фазе при температуре ниже его критической точки

Ссылки

^ Чарльз Хенриксон (2005). Химия . Клиффс заметки. ISBN 978-0-7645-7419-1 .
^ «Давление газа и дыхание» . Lumen Learning .
^ Смешивание газа
^ Персонал. «Символы и единицы» (PDF) . Физиология дыхания и нейробиология: Руководство для авторов . Elsevier. п. 1. Архивировал (PDF) из оригинала 2015-07-23 . Получено 3 июня 2017 года . Все символы, относящиеся к видам газа, находятся в подписании,
^ Iupac , сборник химической терминологии , 2 -е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн -исправленная версия: (2006–) « давление, р ». два : 10.1351/goldbook.p04819
^ Закон частичного давления Далтона
^ Фростберг государственного университета "Общая химия онлайн"
^ Страница 200 В: Медицинская биофизика. Флемминг Корнелиус. 6 -е издание, 2008.
^ Перри, RH; Зеленый, DW, ред. (1997). Справочник инженеров -химиков Перри (7 -е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-049841-9 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Обширный список констант закона Генри и инструмент конверсии
^ Фрэнсис Л. Смит и Аллан Х. Харви (сентябрь 2007 г.). «Избегайте общих ловушек при использовании закона Генри». Химический инженер прогресс . ISSN 0360-7275 .
^ Вводная химия университета, закон Генри и растворимость газов, архивированных 2012-05-04 на машине Wayback
^ Jump up to: ^а ^{беременный} «Университет Аризоны Химия Заметки» . Архивировано с оригинала 2012-03-07 . Получено 2006-05-26 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Программа дайвинг NOAA (США) (декабрь 1979 г.). Миллер, Джеймс У. (ред.). Руководство по дайвинге NOAA, дайвинг для науки и техники (2 -е изд.). Серебряная весна, штат Мэриленд: Министерство торговли США: Национальное управление океанических и атмосферных ресурсов, Управление Ocean Engineering.
^ Савацки, Дэвид (август 2008 г.). «3: кислород и его влияние на дайвера». В горе, Том; Дитури, Джозеф (ред.). Исследование и смешанный газовой энциклопедия (1 -е изд.). Майами Шорс, Флорида: Международная ассоциация нитроксных дайверов. С. 41–50. ISBN 978-0-915539-10-9 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Получен из значений MMHG с использованием 0,133322 кПа/мм рт.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Нормальный эталонный диапазон таблица архивирована 2011-12-25 в машине Wayback от Юго-западного медицинского центра Техасского университета в Далласе. Используется в интерактивном тематическом исследовании компаньона для патологической основы заболевания.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Отдел медицинского образования Brookside Associates-> ABG (Arterial Blood Gas) Получено 6 декабря 2009 г.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Патология 425 спинномозговой жидкости [CSF] Архивирована 2012-02-22 на машине Wayback на факультете патологии и лабораторной медицины в Университете Британской Колумбии. GP Bondy. Получено в ноябре 2011 года

[1] Чарльз Хенриксон (2005). Химия . Клиффс заметки. ISBN 978-0-7645-7419-1 .

[2] «Давление газа и дыхание» . Lumen Learning .

[3] Смешивание газа

[Elsevier_guide-4] Персонал. «Символы и единицы» (PDF) . Физиология дыхания и нейробиология: Руководство для авторов . Elsevier. п. 1. Архивировал (PDF) из оригинала 2015-07-23 . Получено 3 июня 2017 года . Все символы, относящиеся к видам газа, находятся в подписании,

[5] Iupac , сборник химической терминологии , 2 -е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн -исправленная версия: (2006–) « давление, р ». два : 10.1351/goldbook.p04819

[6] Закон частичного давления Далтона

[7] Фростберг государственного университета "Общая химия онлайн"

[biophysics200-8] Страница 200 В: Медицинская биофизика. Флемминг Корнелиус. 6 -е издание, 2008.

[9] Перри, RH; Зеленый, DW, ред. (1997). Справочник инженеров -химиков Перри (7 -е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-049841-9 .

[RolfeSander-10] Jump up to: ^а ^{беременный} Обширный список констант закона Генри и инструмент конверсии

[11] Фрэнсис Л. Смит и Аллан Х. Харви (сентябрь 2007 г.). «Избегайте общих ловушек при использовании закона Генри». Химический инженер прогресс . ISSN 0360-7275 .

[12] Вводная химия университета, закон Генри и растворимость газов, архивированных 2012-05-04 на машине Wayback

[UArizona-13] Jump up to: ^а ^{беременный} «Университет Аризоны Химия Заметки» . Архивировано с оригинала 2012-03-07 . Получено 2006-05-26 .

[NOAA_Diving_Manual_1979-14] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и Программа дайвинг NOAA (США) (декабрь 1979 г.). Миллер, Джеймс У. (ред.). Руководство по дайвинге NOAA, дайвинг для науки и техники (2 -е изд.). Серебряная весна, штат Мэриленд: Министерство торговли США: Национальное управление океанических и атмосферных ресурсов, Управление Ocean Engineering.

[Sawatzky_2008-15] Савацки, Дэвид (август 2008 г.). «3: кислород и его влияние на дайвера». В горе, Том; Дитури, Джозеф (ред.). Исследование и смешанный газовой энциклопедия (1 -е изд.). Майами Шорс, Флорида: Международная ассоциация нитроксных дайверов. С. 41–50. ISBN 978-0-915539-10-9 .

[mmHg-16] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Получен из значений MMHG с использованием 0,133322 кПа/мм рт.

[southwest-17] Jump up to: ^а ^{беременный} Нормальный эталонный диапазон таблица архивирована 2011-12-25 в машине Wayback от Юго-западного медицинского центра Техасского университета в Далласе. Используется в интерактивном тематическом исследовании компаньона для патологической основы заболевания.

[brookside-18] Jump up to: ^а ^{беременный} Отдел медицинского образования Brookside Associates-> ABG (Arterial Blood Gas) Получено 6 декабря 2009 г.

[UBC-19] Jump up to: ^а ^{беременный} Патология 425 спинномозговой жидкости [CSF] Архивирована 2012-02-22 на машине Wayback на факультете патологии и лабораторной медицины в Университете Британской Колумбии. GP Bondy. Получено в ноябре 2011 года

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]