Ley de Dalton de las presiones parciales
El aire es una mezcla: casi 78 % de nitrógeno, 21 % de oxígeno y un poco de argón, CO2 y vapor de agua. ¿Cómo se calcula la presión de cada uno? John Dalton observó en 1801 que en una mezcla de gases que no reaccionan entre sí, cada gas se comporta como si estuviera solo en el recipiente.
La ley
La presión total de una mezcla es la suma de las presiones parciales de sus componentes:
Ptotal = PA + PB + PC + …
La presión parcial de un gas es la presión que tendría si ocupara él solo todo el volumen a la misma temperatura.
Presión parcial y fracción molar
Como en un gas ideal la presión depende del número de moles y no de su identidad, la presión parcial es proporcional a la fracción molar:
PA = xA × Ptotal, con xA = nA ÷ ntotal
Ejemplo: un tanque contiene 2.0 mol de N2 y 0.50 mol de O2 a una presión total de 1.25 atm.
- Moles totales: 2.5 mol
- Fracciones molares: xN2 = 0.80 y xO2 = 0.20
- Presiones parciales: N2 = 0.80 × 1.25 = 1.00 atm; O2 = 0.20 × 1.25 = 0.25 atm
La suma, 1.25 atm, coincide con la total, como debe ser.
Por qué falta el aire en la montaña
El porcentaje de oxígeno del aire es casi el mismo en Veracruz que en la Ciudad de México o en la cima del Pico de Orizaba. Lo que cambia es la presión total. A nivel del mar es de 1 atm, así que el oxígeno tiene unos 0.21 atm. En la Ciudad de México la presión ronda las 0.77 atm y la presión parcial de oxígeno baja a unos 0.16 atm. Tus pulmones absorben oxígeno según su presión parcial, por eso al subir mucho cuesta más trabajo respirar, aunque el aire tenga «el mismo» 21 %.
Gas recogido sobre agua
En el laboratorio, un gas como el hidrógeno o el oxígeno se suele recoger desplazando agua en una probeta invertida. El gas recogido sale mezclado con vapor de agua, así que la presión medida es la suma de las dos:
Pgas seco = Ptotal − Pvapor de agua
La presión de vapor del agua depende solo de la temperatura y está en tablas: 17.5 mmHg a 20 °C, 23.8 mmHg a 25 °C y 31.8 mmHg a 30 °C.
Ejemplo: se recogen 250 mL de H2 sobre agua a 25 °C con una presión total de 750 mmHg. ¿Cuántos moles de hidrógeno hay?
- Presión del H2 seco: 750 − 23.8 = 726.2 mmHg = 0.9555 atm
- Temperatura: 298.15 K; volumen: 0.250 L
- n = PV ÷ RT = 0.9555 × 0.250 ÷ (0.082057 × 298.15) = 9.76 × 10−3 mol de H2
Si olvidas restar el vapor de agua, el resultado sale un 3 % más alto. Parece poco, pero en una práctica de laboratorio basta para no coincidir con el valor teórico.
Malas aplicaciones de la ley
- Sumar los porcentajes en volumen como si fueran presiones sin multiplicar por la presión total.
- Aplicar la ley a gases que reaccionan entre sí: primero resuelve la reacción y luego calcula las presiones de lo que queda.
- Restar la presión de vapor a una temperatura distinta de la del experimento.
Calcula los moles de gas de una reacción y su volumen
Calculadora de estequiometría