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.^[1] 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.^{[pontosabban?]}^[2] 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.^[3]^[4]

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

Bővebben: Dalton-törvény

Dalton törvénye kimondja, hogy egy gázelegy össznyomása egyenlő a gázelegyet alkotó egyes gázok parciális nyomásának összegével.^[5] 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_{{\ce {N2}}}+p_{{\ce {H2}}}+p_{{\ce {NH3}}}

ahol:
$p\,$	= a gázelegy teljes nyomása
$p_{{\ce {N2}}}$	= a nitrogén (N₂) parciális nyomása
$p_{{\ce {H2}}}$	= a hidrogén (H₂) parciális nyomása
$p_{{\ce {NH3}}}$	= 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.^[6]

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:^[7]

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

Bővebben: 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.^[8] 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:

a\,A+b\,B\rightleftharpoons c\,C+d\,D

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.^[9] 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.^[9]^[10]^[11]

A Henry-törvény az alábbi alakban is felírható:^[12]

(2)

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

ahol $k'$ -t is Henry-állandónak nevezik.^[12] Ahogy az (1) és (2) egyenletek összehasonlításából látható, $k'$ 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 $p_{{\mathrm {CO} }_{2}}$ ) fontos paraméter az artériás vérgázvizsgálatban, de ezek az értékek például az agy-gerincvelői folyadékban is meghatározhatók.^{[pontosabban?]}

A $p_{{\mathrm {O} }_{2}}$ és $p_{{\mathrm {CO} }_{2}}$ referenciaértékei
	Egység	artériás vérgáz	vénás vérgáz	agy-gerincvelői folyadék	alveoláris nyomás
$p_{{\mathrm {O} }_{2}}$	kPa	11–13^[13]	4,0–5,3^[13]	5,3–5,9^[13]	14,2
$p_{{\mathrm {O} }_{2}}$	Hgmm	75–100^[14]	30–40^[15]	40–44^[16]	107
$p_{{\mathrm {CO} }_{2}}$	kPa	4,7–6,0^[13]	5,5–6,8^[13]	5,9–6,7^[13]	4,8
$p_{{\mathrm {CO} }_{2}}$	mmHg	35–45^[14]	41–51^[15]	44–50^[16]	36

Jegyzetek

↑ Charles Henrickson. Chemistry. Cliffs Notes (2005). ISBN 0-7645-7419-1
↑ Gas Pressure and Respiration. Lumen Learning
↑ Symbols and Units. Respiratory Physiology & Neurobiology : Guide for Authors . Elsevier. (Hozzáférés: 2017. június 3.) „All symbols referring to gas species are in subscript,”
↑ IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version: http://goldbook.iupac.org (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates compiled by A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. https://doi.org/10.1351/goldbook. Last update: 2014-02-24; version: 2.3.3. DOI of this term: https://doi.org/10.1351/goldbook.P04819.
↑ Dalton's Law of Partial Pressures. [2017. február 1-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2019. március 15.)
↑ Frostberg State University's "General Chemistry Online"
↑ Page 200 in: Medical biophysics. Flemming Cornelius. 6th Edition, 2008.
↑ Perry, R.H. and Green, D.W. (Editors). Perry's Chemical Engineers' Handbook, 7th, McGraw-Hill (1997). ISBN 0-07-049841-5
↑ ^a ^b An extensive list of Henry's law constants, and a conversion tool
↑ (2007. szeptember 1.) „Avoid Common Pitfalls When Using Henry's Law”. CEP (Chemical Engineering Progress). ISSN 0360-7275.
↑ Introductory University Chemistry, Henry's Law and the Solubility of Gases Archiválva 2012. május 4-i dátummal a Wayback Machine-ben.
↑ ^a ^b University of Arizona chemistry class notes. [2012. március 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2019. március 15.)
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f a Hgmm-ben kifejezett értékből számítva a 0,133322 kPa/mmHg átváltási tényezővel
↑ ^a ^b Normal Reference Range Table Archiválva 2011. december 25-i dátummal a Wayback Machine-ben. from The University of Texas Southwestern Medical Center at Dallas. Used in Interactive Case Study Companion to Pathologic basis of disease.
↑ ^a ^b The Medical Education Division of the Brookside Associates--> ABG (Arterial Blood Gas) Retrieved on Dec 6, 2009
↑ ^a ^b PATHOLOGY 425 CEREBROSPINAL FLUID [CSF] Archiválva 2012. február 22-i dátummal a Wayback Machine-ben. at the Department of Pathology and Laboratory Medicine at the University of British Columbia. By Dr. G.P. Bondy. Retrieved November 2011

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Partial pressure című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Kapcsolódó szócikkek

Pszichrometria

Kémiaportál
Fizikaportál

[1] Charles Henrickson. Chemistry. Cliffs Notes (2005). ISBN 0-7645-7419-1

[2] Gas Pressure and Respiration. Lumen Learning

[Elsevier_guide-3] Symbols and Units. Respiratory Physiology & Neurobiology : Guide for Authors . Elsevier. (Hozzáférés: 2017. június 3.) „All symbols referring to gas species are in subscript,”

[4] IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version: http://goldbook.iupac.org (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates compiled by A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. https://doi.org/10.1351/goldbook. Last update: 2014-02-24; version: 2.3.3. DOI of this term: https://doi.org/10.1351/goldbook.P04819.

[5] Dalton's Law of Partial Pressures. [2017. február 1-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2019. március 15.)

[6] Frostberg State University's "General Chemistry Online"

[biophysics200-7] Page 200 in: Medical biophysics. Flemming Cornelius. 6th Edition, 2008.

[8] Perry, R.H. and Green, D.W. (Editors). Perry's Chemical Engineers' Handbook, 7th, McGraw-Hill (1997). ISBN 0-07-049841-5

[RolfeSander-9] An extensive list of Henry's law constants, and a conversion tool

[10] (2007. szeptember 1.) „Avoid Common Pitfalls When Using Henry's Law”. CEP (Chemical Engineering Progress). ISSN 0360-7275.

[11] Introductory University Chemistry, Henry's Law and the Solubility of Gases Archiválva 2012. május 4-i dátummal a Wayback Machine-ben.

[UArizona-12] University of Arizona chemistry class notes. [2012. március 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2019. március 15.)

[mmHg-13] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f a Hgmm-ben kifejezett értékből számítva a 0,133322 kPa/mmHg átváltási tényezővel

[southwest-14] Normal Reference Range Table Archiválva 2011. december 25-i dátummal a Wayback Machine-ben. from The University of Texas Southwestern Medical Center at Dallas. Used in Interactive Case Study Companion to Pathologic basis of disease.

[brookside-15] The Medical Education Division of the Brookside Associates--> ABG (Arterial Blood Gas) Retrieved on Dec 6, 2009

[UBC-16] PATHOLOGY 425 CEREBROSPINAL FLUID [CSF] Archiválva 2012. február 22-i dátummal a Wayback Machine-ben. at the Department of Pathology and Laboratory Medicine at the University of British Columbia. By Dr. G.P. Bondy. Retrieved November 2011

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]