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 uma unidade: atmosferas (atm), quilopascals (kPa) ou milímetros de mercúrio (mmHg).
Dê um nome a cada gás e informe sua fração molar. As frações molares devem estar entre 0 e 1 e precisam somar 1 entre todos os componentes, dentro de uma pequena tolerância de arredondamento.
Selecione "Calcular pressões parciais" para ver uma tabela de resultados e um gráfico que mostra como a pressão total se divide entre os gases.
Selecione "Copiar resultados" para copiar os números para um relatório de laboratório ou uma planilha.

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

Conversões de unidades de pressão

A calculadora trabalha com três unidades: atm, kPa e mmHg. As conversões entre elas são:

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

Os cursos de química costumam usar atmosferas. A medicina tende a registrar os gases sanguíneos em mmHg. Áreas da engenharia costumam usar kPa. A calculadora não aceita, no momento, 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 hoje acima de 420 partes por milhão e continua subindo. Sua pressão parcial, por menor que seja, responde por grande parte do aquecimento adicional associado ao gás. O oxigênio dissolvido em lagos e rios também 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 estabelece 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 todo o recipiente, à mesma temperatura.

Como calcular 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 precisam somar 1? A fração molar mede a parcela de todas as partículas de gás que um componente representa. Como toda partícula pertence a algum componente, as parcelas precisam abranger a mistura inteira, de modo que somam exatamente 1.

A pressão parcial pode ser maior que a pressão total? Não. Como as frações molares não podem passar de 1, uma pressão parcial nunca pode exceder a pressão total da mistura. Um resultado maior que o total costuma indicar que uma fração molar foi digitada como porcentagem (como 21) em vez de decimal (0,21).

Que unidades de pressão a calculadora aceita? Atmosferas (atm), quilopascals (kPa) e milímetros de mercúrio (mmHg). A calculadora não converte de bar nem de psi, nem para essas unidades.

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 que o vapor de uma substância pura exerce quando está em equilíbrio com o 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.

Referências

LibreTexts Chemistry. Gas Mixtures and Partial Pressures (Brown et al., Chemistry: The Central Science, 10,6). LibreTexts: misturas de gases e pressões parciais — lei de Dalton; pressão parcial = fração molar × pressão total.
National Institute of Standards and Technology. NIST Guide to the SI, Appendix B.8: Factors for Units Listed Alphabetically. NIST SP 811, Apêndice B.8 — 1 atm = 101,325 kPa; 1 mmHg = 133,3224 Pa.
NOAA Global Monitoring Laboratory. Trends in Atmospheric Carbon Dioxide. Tendências de CO₂ da NOAA GML — média mensal de CO₂ em Mauna Loa acima de 420 ppm.

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