Calculadora de pressão parcial

Uma calculadora de pressão parcial determina a pressão que um gás contribui dentro de uma mistura de gases. Ela usa a lei de Dalton: informe a pressão total e a fração molar de cada gás, e a ferramenta mostra a parcela dessa pressão correspondente a cada gás.

O que é pressão parcial?

Uma mistura gasosa, como o ar, contém vários gases diferentes confinados no mesmo espaço. Cada gás exerce pressão sobre as paredes do recipiente como se estivesse sozinho nele. A pressão exercida por um único gás é chamada de pressão parcial.

John Dalton, um químico inglês, descreveu esse comportamento em 1801. Sua regra, hoje chamada de lei de Dalton das pressões parciais, afirma que a pressão total de uma mistura gasosa é igual à soma das pressões que cada gás exerceria sozinho:

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

Isso vale para um gás ideal, um modelo simplificado em que as moléculas de gás não se atraem nem interagem umas com as outras. O ar, nas pressões do dia a dia, comporta-se de maneira suficientemente próxima desse modelo para que a lei produza resultados precisos.

Fórmula da pressão parcial

A pressão parcial de um gás é igual à sua fração molar multiplicada pela pressão total:

$P_i = X_i \times P_{total}$

$P_i$ é a pressão parcial do gás $i$ .
$X_i$ é a fração molar do gás $i$ , um número entre 0 e 1.
$P_{total}$ é a pressão total da mistura.

A fração molar é a parcela de todas as partículas do gás que pertence a um determinado gás:

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

Aqui, $n_i$ é o número de mols do gás $i$ , e $n_{total}$ é o número combinado de mols de todos os gases da mistura. Como toda partícula de gás pertence a algum componente, todas as frações molares de uma mistura devem somar 1.

Como calcular a pressão parcial: exemplo

Suponha que um tanque fechado contenha uma mistura gasosa a uma pressão total de 2 atmosferas (atm), composta por:

Oxigênio (O₂): fração molar 0,21
Nitrogênio (N₂): fração molar 0,78
Dióxido de carbono (CO₂): fração molar 0,01

Multiplique cada fração molar pela pressão total:

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

Como verificação, as três pressões parciais voltam a somar a pressão total: $0.42 + 1.56 + 0.02 = 2.00$ atm.

Isso é importante na prática. Na oxigenoterapia hiperbárica, os médicos aumentam a pressão total respirada pelo paciente, o que eleva a pressão parcial do oxigênio, embora a porcentagem de oxigênio na mistura gasosa permaneça a mesma. Uma pressão parcial de oxigênio maior faz com que mais oxigênio passe para o sangue.

Como usar a calculadora de pressão parcial

Informe a pressão total da mistura e escolha a unidade em que ela está expressa: atmosferas (atm), quilopascais (kPa) ou milímetros de mercúrio (mmHg).
Dê um nome a cada gás e informe sua fração molar. Selecione "Add Component" para adicionar outro gás ou "Clear" em uma linha para removê-lo. As frações molares devem estar entre 0 e 1 e devem somar 1 em todos os componentes, dentro de uma pequena tolerância de arredondamento.
Os resultados aparecem assim que os dados são válidos. Não há uma etapa separada de cálculo. Cada gás recebe seu próprio cartão de resultado, apresentado com quatro casas decimais, e um gráfico de barras abaixo mostra como a pressão total se divide entre os gases.
Selecione "Copy Results" para copiar os números como texto simples para um relatório de laboratório ou uma planilha.

A página é aberta com uma mistura de exemplo: ar seco a 1 atm, oxigênio 0,21 e nitrogênio 0,79. Selecione "Reset" para voltar a ela.

A calculadora verifica os dados de entrada antes de mostrar os resultados. Ela indica um erro se a pressão total estiver em branco, for zero ou negativa, se algum componente estiver sem nome ou se as frações molares não somarem 1.

Unidades de pressão

O seletor de unidades identifica os números; ele não os converte. As pressões parciais são obtidas na mesma unidade da pressão total informada. Informe 760 e escolha mmHg, e as respostas estarão em mmHg. Informe 1 e escolha atm, e as respostas estarão em atm. Alterar o seletor depois apenas renomeia as unidades dos resultados, sem reescaloná-los.

A lei de Dalton funciona com qualquer unidade de pressão, portanto não é necessária conversão, desde que a pressão total seja informada na unidade desejada para as respostas. Para converter manualmente entre as três unidades:

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

Os cursos de Química geralmente usam atmosferas. A Medicina tende a relatar os gases sanguíneos em mmHg. As áreas de Engenharia costumam usar kPa. A calculadora não oferece bar nem psi.

Onde a pressão parcial é usada

Fisiologia respiratória. O oxigênio passa dos pulmões para o sangue, e o dióxido de carbono faz o caminho inverso devido às diferenças de pressão parcial, não à pressão total. O ar nos pulmões normalmente tem uma pressão parcial de oxigênio de aproximadamente 100 mmHg, enquanto o sangue que chega do corpo transporta oxigênio a uma pressão parcial menor; por isso, o oxigênio entra no sangue seguindo esse gradiente.

Engenharia química. As velocidades de reação em processos na fase gasosa, como a síntese de amônia, dependem das pressões parciais dos gases reagentes, não apenas da pressão total do sistema. Os projetistas de colunas de destilação e equipamentos de separação de gases também trabalham diretamente com pressões parciais.

Ciência ambiental. O dióxido de carbono atmosférico está agora acima de 420 partes por milhão e continua aumentando. Sua pressão parcial, embora pequena, impulsiona grande parte do aquecimento adicional associado a esse gás. Da mesma forma, o oxigênio dissolvido em lagos e rios depende da pressão parcial do oxigênio no ar acima da água, por meio de uma relação chamada lei de Henry.

Quando a lei de Dalton não se aplica bem

A lei de Dalton pressupõe que as moléculas de gás não interagem. Essa suposição deixa de ser válida em alta pressão ou baixa temperatura, quando as moléculas ficam próximas o suficiente para que as forças intermoleculares sejam relevantes. O processamento de gás natural em alta pressão, por exemplo, geralmente requer uma grandeza mais avançada chamada fugacidade no lugar da simples pressão parcial. A lei de Dalton também não descreve a pressão de vapor de um líquido, que depende da temperatura e da própria substância, e não da fração molar em uma mistura gasosa.

Perguntas frequentes

O que é a lei de Dalton das pressões parciais? Ela afirma que, em uma mistura de gases que não reagem entre si, a pressão total é igual à soma das pressões que cada gás exerceria se ocupasse sozinho o recipiente à mesma temperatura.

Como calculo a pressão parcial de um gás? Multiplique a fração molar do gás pela pressão total da mistura: $P_i = X_i \times P_{total}$ . Por exemplo, um gás com fração molar 0,30 em uma mistura a 4 atm tem pressão parcial de $0.30 \times 4 = 1.2$ atm.

Por que as frações molares devem somar 1? A fração molar mede a parcela de todas as partículas do gás correspondente a um componente. Como toda partícula pertence a algum componente, as parcelas devem representar a mistura inteira; por isso, somam exatamente 1.

Uma pressão parcial pode ser maior que a pressão total? Não. Uma fração molar não pode exceder 1, portanto a parcela de um gás nunca pode exceder o todo. Se a calculadora informar que as frações molares somam mais de 1, provavelmente foi inserida uma porcentagem no lugar de um decimal, como 21 em vez de 0,21.

Quais unidades de pressão a calculadora aceita? Atmosferas (atm), quilopascais (kPa) e milímetros de mercúrio (mmHg). O seletor identifica a unidade dos números informados e retornados; ele não converte entre unidades e não oferece bar nem psi.

Qual é a diferença entre pressão parcial e pressão de vapor? A pressão parcial é a parcela de um gás na pressão total de uma mistura e depende da fração molar. A pressão de vapor é a pressão exercida pelo vapor de uma substância pura quando está em equilíbrio com seu próprio líquido ou sólido e depende apenas da temperatura.

História

John Dalton propôs a lei das pressões parciais em 1801 e a publicou em seu livro de 1808, A New System of Chemical Philosophy. Seu trabalho surgiu junto com outras leis dos gases do início da Química, incluindo a lei de Boyle (1662), que relaciona pressão e volume, e a lei de Charles (1787), que relaciona volume e temperatura. Juntamente com a lei de Avogadro (1811), essas ideias levaram à lei dos gases ideais, $PV = nRT$ , que ainda constitui a base da maioria dos cálculos cotidianos envolvendo gases.

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