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Pression partielle et loi de Dalton

Calculez la fraction molaire et la pression partielle de chaque gaz d'un mélange de trois gaz au plus, et la pression d'un gaz recueilli sur l'eau une fois la vapeur d'eau retranchée.

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Résultats

Pression partielle du gaz 1

0,7800

Pression partielle du gaz 2

0,2100

Pression partielle du gaz 3
0,0100
Fraction molaire du gaz 1
78,00 %
Fraction molaire du gaz 2
21,00 %
Fraction molaire du gaz 3
1,00 %
Pression de vapeur d'eau à cette température
0,0316
Pression du gaz sec recueilli sur l'eau (totale − vapeur d'eau)
0,9684
Seulement pour un gaz recueilli par barbotage dans l'eau

Chaque gaz apporte sa part

Quand des gaz se mélangent sans réagir, chacun se comporte comme s’il occupait seul le récipient. John Dalton l’a remarqué en 1801 en étudiant l’atmosphère : la pression totale d’un mélange est simplement la somme des pressions de ses constituants. Cette idée sert en chimie, en plongée, en anesthésie, en montagne et en physiologie respiratoire.

La loi de Dalton

P_totale = P₁ + P₂ + P₃ + …

et la pression partielle de chaque gaz est égale à sa fraction molaire multipliée par la pression totale :

Pᵢ = xᵢ × P_totale, avec xᵢ = nᵢ ÷ n_total

Seules les proportions comptent : vous pouvez décrire le mélange en moles, en pourcentage en volume ou en toute quantité cohérente.

Exemple : l’air sec

Avec 78 % d’azote, 21 % d’oxygène et 1 % d’argon sous une pression totale de 1 bar :

  • Azote : 0,78 bar
  • Oxygène : 0,21 bar
  • Argon : 0,01 bar

Au sommet du mont Blanc, à 4 809 m, la pression atmosphérique n’est plus que d’environ 0,55 bar. L’air contient toujours 21 % d’oxygène, mais sa pression partielle tombe vers 0,11 bar : chaque inspiration apporte deux fois moins d’oxygène qu’au niveau de la mer.

Gaz recueilli sur l’eau

Au lycée, on recueille souvent un gaz comme le dihydrogène ou le dioxygène en déplaçant l’eau d’une éprouvette retournée. Le gaz recueilli est saturé de vapeur d’eau, donc :

P_gaz sec = P_totale − P_vapeur d’eau

La pression de vapeur saturante de l’eau ne dépend que de la température : environ 2,34 kPa à 20 °C, 3,17 kPa à 25 °C et 101,3 kPa à 100 °C. Le calculateur l’estime avec l’équation d’Antoine, valable de 1 à 100 °C.

Sous 1 bar avec une eau à 25 °C, la pression du gaz sec est 1 − 0,0316 = 0,968 bar. C’est cette valeur qu’il faut utiliser dans la loi des gaz parfaits pour calculer la quantité de matière recueillie.

En plongée et en médecine

  • Plongée : à 10 m de profondeur, la pression absolue double et atteint environ 2 bar, tout comme la pression partielle d’oxygène. Au-delà de 1,6 bar d’oxygène, le risque d’hyperoxie devient important ; c’est ce qui fixe la profondeur maximale d’utilisation de chaque mélange nitrox enseignée dans les formations de plongée.
  • Médecine : la gazométrie artérielle donne les pressions partielles d’oxygène (PaO₂) et de gaz carbonique (PaCO₂), pas des pourcentages.
  • Aviation : les cabines d’avion sont pressurisées à l’équivalent d’une altitude de 1 800 à 2 400 m.

Limites

La loi de Dalton suppose des gaz parfaits. À très haute pression, ou avec des gaz qui interagissent fortement comme l’ammoniac et la vapeur d’eau, les pressions partielles réelles s’en écartent un peu.

Questions fréquentes

Que dit la loi de Dalton ?

Dans un mélange de gaz qui ne réagissent pas entre eux, la pression totale est la somme des pressions qu'exercerait chaque gaz s'il occupait seul le volume. John Dalton l'a énoncée en 1801. La pression partielle de chaque gaz vaut sa fraction molaire multipliée par la pression totale.

Quelle est la pression partielle de l'oxygène dans l'air ?

L'air contient environ 20,95 % de dioxygène : au niveau de la mer (1 013 hPa), sa pression partielle vaut environ 0,21 bar, soit 159 mmHg. Au sommet du mont Blanc, où la pression totale tombe vers 0,55 bar, elle n'est plus que d'environ 0,11 bar, d'où l'essoufflement en altitude.

Pourquoi retrancher la vapeur d'eau pour un gaz recueilli sur l'eau ?

Un gaz recueilli par déplacement d'eau dans une éprouvette retournée se sature en vapeur d'eau. La pression mesurée est la somme de celle du gaz sec et de la vapeur : il faut retrancher la pression de vapeur saturante à la température de l'eau, environ 3,17 kPa à 25 °C.

Puis-je saisir des pourcentages au lieu de moles ?

Oui. Seules les proportions comptent : vous pouvez saisir la composition en moles, en pourcentages ou en toute grandeur proportionnelle. Saisir 78, 21 et 1 donne le même résultat que 0,78, 0,21 et 0,01.

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