Calculadora de presión parcial

Una calculadora de presión parcial determina la presión que aporta un gas dentro de una mezcla de gases. Utiliza la ley de Dalton: se introducen la presión total y la fracción molar de cada gas, y la herramienta devuelve la contribución de cada gas a esa presión.

¿Qué es la presión parcial?

Una mezcla de gases, como el aire, contiene varios gases distintos encerrados en el mismo espacio. Cada gas ejerce presión sobre las paredes de su recipiente como si estuviera allí solo. La presión ejercida por un único gas se denomina presión parcial.

John Dalton, un químico inglés, describió este comportamiento en 1801. Su regla, llamada actualmente ley de Dalton de las presiones parciales, establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que ejercería cada gas por separado:

$P_{total} = P_1 + P_2 + P_3 + \dots + P_n$

Esto se cumple para un gas ideal, un modelo simplificado en el que las moléculas del gas no se atraen ni interactúan entre sí. El aire a presiones habituales se comporta de forma suficientemente parecida a este modelo para que la ley produzca resultados precisos.

Fórmula de la presión parcial

La presión parcial de un gas es igual a su fracción molar multiplicada por la presión total:

$P_i = X_i \times P_{total}$

$P_i$ es la presión parcial del gas $i$ .
$X_i$ es la fracción molar del gas $i$ , un número entre 0 y 1.
$P_{total}$ es la presión total de la mezcla.

La fracción molar es la proporción del total de partículas gaseosas que corresponde a un gas:

$X_i = \frac{n_i}{n_{total}}$

Aquí, $n_i$ es el número de moles del gas $i$ , y $n_{total}$ es el número total de moles de todos los gases combinados de la mezcla. Como cada partícula gaseosa pertenece a algún componente, todas las fracciones molares de una mezcla deben sumar 1.

Cómo calcular la presión parcial: ejemplo

Supongamos que un tanque cerrado contiene una mezcla de gases a una presión total de 2 atmósferas (atm), compuesta por:

Oxígeno (O₂): fracción molar 0,21
Nitrógeno (N₂): fracción molar 0,78
Dióxido de carbono (CO₂): fracción molar 0,01

Se multiplica cada fracción molar por la presión total:

Oxígeno: $0.21 \times 2 = 0.42$ atm
Nitrógeno: $0.78 \times 2 = 1.56$ atm
Dióxido de carbono: $0.01 \times 2 = 0.02$ atm

Como comprobación, las tres presiones parciales vuelven a sumar la presión total: $0.42 + 1.56 + 0.02 = 2.00$ atm.

Esto es importante en la práctica. En la oxigenoterapia hiperbárica, los médicos aumentan la presión total que respira el paciente, lo que eleva la presión parcial del oxígeno aunque el porcentaje de oxígeno en la mezcla gaseosa permanezca igual. Una mayor presión parcial de oxígeno hace que llegue más oxígeno a la sangre.

Cómo utilizar la calculadora de presión parcial

Introduzca la presión total de la mezcla y seleccione la unidad en la que está expresada: atmósferas (atm), kilopascales (kPa) o milímetros de mercurio (mmHg).
Indique el nombre de cada gas e introduzca su fracción molar. Seleccione «Add Component» para añadir otro gas o «Clear» en una fila para eliminarlo. Las fracciones molares deben estar entre 0 y 1, y deben sumar 1 entre todos los componentes, con una pequeña tolerancia de redondeo.
Los resultados aparecen en cuanto los datos introducidos son válidos. No hay un paso de cálculo independiente. Cada gas tiene su propia tarjeta de resultados, expresados con cuatro decimales, y debajo se muestra un gráfico de barras que indica cómo se distribuye la presión total entre los gases.
Seleccione «Copy Results» para copiar los números como texto sin formato para un informe de laboratorio o una hoja de cálculo.

La página se abre con una mezcla de ejemplo: aire seco a 1 atm, con oxígeno 0,21 y nitrógeno 0,79. Seleccione «Reset» para volver a ella.

La calculadora comprueba los datos introducidos antes de mostrar los resultados. Señala un error si la presión total está vacía, es cero o negativa, si falta el nombre de algún componente o si las fracciones molares no suman 1.

Unidades de presión

El selector de unidades identifica los números, pero no los convierte. Las presiones parciales se expresan en la misma unidad que la presión total introducida. Introduzca 760 y seleccione mmHg: las respuestas estarán en mmHg. Introduzca 1 y seleccione atm: las respuestas estarán en atm. Si se cambia después el selector, los resultados se vuelven a etiquetar sin cambiar de escala.

La ley de Dalton funciona con cualquier unidad de presión, por lo que no es necesario convertirla siempre que la presión total se introduzca en la unidad deseada para las respuestas. Para pasar manualmente entre las tres unidades:

1 atm = 101,325 kPa
1 atm = 760 mmHg
1 kPa = 7,5006 mmHg

En los cursos de química se suelen utilizar atmósferas. En medicina, los gases sanguíneos suelen expresarse en mmHg. En los campos de la ingeniería se utilizan a menudo los kPa. La calculadora no ofrece bar ni psi.

Dónde se utiliza la presión parcial

Fisiología respiratoria. El oxígeno pasa de los pulmones a la sangre y el dióxido de carbono se desplaza en sentido contrario debido a las diferencias de presión parcial, no a la presión total. El aire de los pulmones suele tener una presión parcial de oxígeno de aproximadamente 100 mmHg, mientras que la sangre que llega desde el cuerpo transporta oxígeno a una presión parcial menor, por lo que el oxígeno entra en la sangre siguiendo ese gradiente.

Ingeniería química. Las velocidades de reacción en procesos en fase gaseosa, como la síntesis de amoníaco, dependen de las presiones parciales de los gases que reaccionan, no solo de la presión total del sistema. Los diseñadores de columnas de destilación y equipos de separación de gases también trabajan directamente con presiones parciales.

Ciencias ambientales. El dióxido de carbono atmosférico se encuentra actualmente por encima de 420 partes por millón y sigue aumentando. Su presión parcial, aunque pequeña, impulsa gran parte del calentamiento adicional asociado a este gas. Del mismo modo, el oxígeno disuelto en lagos y ríos depende de la presión parcial del oxígeno en el aire situado sobre el agua, mediante una relación denominada ley de Henry.

Cuándo no se aplica bien la ley de Dalton

La ley de Dalton supone que las moléculas de gas no interactúan. Esta suposición deja de cumplirse a alta presión o baja temperatura, cuando las moléculas están lo bastante juntas como para que las fuerzas intermoleculares sean relevantes. Por ejemplo, el procesamiento de gas natural a alta presión suele requerir una magnitud más avanzada, denominada fugacidad, en lugar de la presión parcial simple. La ley de Dalton tampoco describe la presión de vapor de un líquido, que depende de la temperatura y de la propia sustancia, no de la fracción molar en una mezcla gaseosa.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la ley de Dalton de las presiones parciales? Establece que, en una mezcla de gases que no reaccionan entre sí, la presión total es igual a la suma de las presiones que ejercería cada gas si llenara por sí solo el recipiente a la misma temperatura.

¿Cómo calculo la presión parcial de un gas? Multiplique la fracción molar del gas por la presión total de la mezcla: $P_i = X_i \times P_{total}$ . Por ejemplo, un gas con una fracción molar de 0,30 en una mezcla a 4 atm tiene una presión parcial de $0.30 \times 4 = 1.2$ atm.

¿Por qué las fracciones molares deben sumar 1? La fracción molar mide la proporción del total de partículas gaseosas que corresponde a un componente. Como cada partícula pertenece a algún componente, las proporciones deben representar toda la mezcla y, por tanto, sumar exactamente 1.

¿Puede una presión parcial ser mayor que la presión total? No. Una fracción molar no puede superar 1, por lo que la proporción de un gas nunca puede superar el total. Si la calculadora indica que las fracciones molares suman más de 1, probablemente se introdujo un porcentaje en lugar de un decimal, como 21 en vez de 0,21.

¿Qué unidades de presión admite la calculadora? Atmósferas (atm), kilopascales (kPa) y milímetros de mercurio (mmHg). El selector identifica la unidad de los números introducidos y devueltos; no convierte entre unidades ni ofrece bar o psi.

¿Cuál es la diferencia entre presión parcial y presión de vapor? La presión parcial es la proporción de un gas respecto a la presión total de una mezcla y depende de la fracción molar. La presión de vapor es la presión que ejerce el vapor de una sustancia pura cuando está en equilibrio con su propio líquido o sólido, y depende únicamente de la temperatura.

Historia

John Dalton propuso la ley de las presiones parciales en 1801 y la publicó en su libro de 1808, A New System of Chemical Philosophy. Su trabajo coincidió con otras leyes iniciales de los gases, incluida la ley de Boyle (1662), que relaciona la presión y el volumen, y la ley de Charles (1787), que relaciona el volumen y la temperatura. Junto con la ley de Avogadro (1811), estas ideas condujeron a la ley de los gases ideales, $PV = nRT$ , que sigue siendo la base de la mayoría de los cálculos cotidianos sobre gases.

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