فشار جزئی و کسر مولی چیست؟
در شیمی فیزیک، فشار جزئی (Partial Pressure) فشاری فرضی است که یک گاز در یک مخلوط گازی، اگر به تنهایی در همان حجم و دما حضور داشت، اعمال میکرد. طبق قانون دالتون، فشار جزئی هر گاز مستقیماً متناسب با تعداد مولهای آن گاز در مخلوط است. نسبت تعداد مولهای یک گاز به تعداد کل مولها را کسر مولی (Mole Fraction) مینامند که با نماد X یا $\chi$ نشان داده میشود.
فرمول محاسبه
رابطه بین فشار جزئی، کسر مولی و فشار کل بسیار ساده است:
- Pᵢ: فشار جزئی گاز مورد نظر
- Xᵢ: کسر مولی گاز (عددی بین ۰ و ۱)
- P_total: فشار کل مخلوط
مثالهای کاربردی
۱. تنفس در ارتفاعات
کسر مولی اکسیژن در هوا همیشه حدود ۰.۲۱ است. اما در ارتفاعات، فشار کل هوا (P_total) کاهش مییابد. طبق فرمول، فشار جزئی اکسیژن (Pi) نیز کم میشود. این کاهش فشار جزئی است که باعث میشود اکسیژن کافی به خون نرسد، نه کاهش درصد اکسیژن.
۲. غواصی با نایتروکس
غواصان از کپسولهای نایتروکس با درصد اکسیژن بالا (مثلاً ۳۲٪ یا کسر مولی ۰.۳۲) استفاده میکنند. در عمق آب که فشار کل (P_total) زیاد است، فشار جزئی اکسیژن به شدت بالا میرود. غواص باید محاسبه کند که این فشار جزئی از حد سمی (معمولاً ۱.۴ atm) فراتر نرود.
۳. فرآیندهای صنعتی
در واکنشهای تعادلی گازی (مثل تولید آمونیاک)، سینتیک واکنش به فشارهای جزئی واکنشدهندهها بستگی دارد. مهندسان با کنترل فشار کل سیستم، فشارهای جزئی را طوری تنظیم میکنند که بازده واکنش حداکثر شود.
خطاهای رایج
- ×
ورود درصد به جای کسر مولی: در فرمول باید از کسر مولی (بین ۰ و ۱) استفاده کنید. اگر داده مسئله به درصد است (مثلاً ۲۰٪)، باید آن را بر ۱۰۰ تقسیم کنید (۰.۲۰). وارد کردن عدد ۲۰ باعث میشود فشار جزئی ۲۰ برابر فشار کل شود که غیرممکن است!
- ×
اشتباه گرفتن کسر مولی با کسر جرمی: این فرمول فقط با کسر «مولی» (تعداد ذرات) کار میکند، نه کسر وزنی. برای تبدیل کسر جرمی به مولی نیاز به جرم مولی گازها دارید.
سوالات متداول
مجموع فشارهای جزئی چقدر است؟▼
مجموع فشارهای جزئی تمام گازهای موجود در مخلوط دقیقاً برابر با فشار کل (P_total) خواهد بود. (چون مجموع کسر مولیها برابر ۱ است).
واحد فشار جزئی چیست؟▼
واحد فشار جزئی همان واحدی است که برای فشار کل استفاده کردهاید (اتمسفر، پاسکال، بار و ...). کسر مولی بدون واحد است.