A pressão de um gás puro é a soma de colisões moleculares entre as suas partículas e as superfícies circundantes. Uma amostra de gás com menos partículas num determinado volume exerce uma pressão mais baixa do que uma amostra com mais partículas no mesmo volume. Mas qual é a pressão de uma mistura de diferentes gases?

Para uma mistura de gases com multicomponentes, a pressão é a soma das colisões de todas as moléculas de gás. Assume-se que cada componente na mistura exerce a sua própria pressão que é independente dos outros gases presentes. A pressão de qualquer componente individual é denominada de a sua pressão parcial.

A pressão total da mistura de gás ideal é igual à soma das pressões parciais dos seus componentes. Isto corresponde à lei de Dalton sobre as pressões parciais. Ao aplicar-se a lei do gás ideal, as pressões parciais dos componentes individuais do gás são substituídas por variáveis mensuráveis.

Uma vez que os gases na mistura ocupam o mesmo volume e estão à mesma temperatura, a equação pode ser simplificada. A soma dos moles dos componentes individuais é igual ao número total de moles de todos os componentes do gás, n-total. Desta forma, a pressão total da mistura de gás é igual ao n-total multiplicado pela constante R-T sobre V.O número de moles de um componente dividido pelo total de moles na mistura é a fração molar.

Reorganizar a fração molar pelo total de moles, e substituir o n-total na lei de Dalton sobre as pressões parciais exprime a pressão total. Reorganizar novamente, a pressão parcial de um gás numa mistura é o produto da sua fração molar e a pressão total da mistura. Assim, numa mistura de gases, a pressão parcial de qualquer componente, i, é igual à fração molar de i multiplicada pela pressão total.

Como exemplo de cálculo, pensemos num recipiente com dois gases, hélio e argônio, é de 40 por volume de argônio. Isto implica que a fração molar do argônio seja 0, 4. Se a pressão total é 4 pressões atmosférica, qual é a pressão parcial do hélio, utilizando a equação para a pressão parcial de um gás, a pressão parcial do argônio é igual à sua fração molar multiplicada pela pressão total.

Assim, 0, 4 vezes 4 pressões atmosféricas indicam que a pressão parcial do argônio é de 1, 6 pressão atmosférica. Uma vez que a soma das pressões parciais é igual à pressão total, a equação pode ser reorganizada, por isso, a pressão parcial do argônio pode ser subtraída à pressão total. Assim, a pressão parcial do hélio é de 2, 4 pressão atmosférica.

A não ser que gases individuais reajam quimicamente uns com os outros, os gases individuais em uma mistura de gases não afectam a pressão uns dos outros. Cada gás em uma mistura exerce a mesma pressão que exerceria se estivesse presente sozinho no recipiente. A pressão exercida por cada gás individual em uma mistura é designada por pressão parcial.

Isto significa que em uma mistura contendo três gases diferentes A, B, e C, se P_A for a pressão parcial do gás A; P_B for a pressão parcial do gás B; P_C for a pressão parcial do gás C; então, a pressão total é dada pela equação 1:

Eq1

Esta é a lei de Dalton de pressões parciais: A pressão total de uma mistura de gases ideais é igual à soma das pressões parciais dos gases componentes.

Se n_A, n_B, e n_C for o número de moles de cada um dos gases da mistura, se cada gás obedece à equação de gás ideal, a pressão parcial pode ser escrita como:

Eq2

Uma vez que todos os gases estão à mesma temperatura e ocupam o mesmo volume, ao substituir a equação 1 obtemos:

Eq3

A equação indica que a uma temperatura constante e um volume constante, a pressão total de uma amostra de gás é determinada pelo número total de moles de gás presentes.

Para as misturas de gases, é conveniente introduzir uma quantidade designada por fração molar, χ, que é definida como o número de moles de uma determinada substância em uma mistura dividida pelo número total de moles de todas as substâncias presentes. Matematicamente, a fração molar de uma substância A em uma mistura com B e C é expressa como

Eq4

Da mesma forma, as frações molares de B e C são;

Eq5

Eq6

A combinação da equação para a fração molar de A e da equação para a pressão parcial dá:

Eq7

A pressão parcial do gás A está relacionada com a pressão total da mistura de gases através da sua fração molar.

Por outras palavras, a pressão de um gás em uma mistura de gases é o produto da sua fração molar e da pressão total da mistura.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 9.3: Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions.

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