Partialdruck

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Der Partialdruck ist der Druck, der in einem Gasgemisch wie z.B. der Luft einem bestimmten Gas zugeordnet werden kann. Der Partialdruck entspricht dabei dem Gesamtdruck, den die Komponente beim alleinigen Ausfüllen des gesamten Volumens ausüben würde.

In der Meteorologie wird der Begriff Dampfdruck als Synonym für den Partialdruck des Wassers in der Luft verwendet. In einem Gasgemisch wie der Luft ist die Siede- bzw. Kondensationstemperatur einer Gaskomponente (z. B. Wasserdampf) diejenige, die dem Partialdruck der Komponente, nicht dem Gesamtdruck, zugeordnet ist. Sie wird in der Meteorologie auch als "Taupunkt" bezeichnet.

In der Biologie und Medizin sind vor allem der Sauerstoff- und Kohlenstoffdioxid-Partialdruck von großer Bedeutung. Hier wird der Begriff auch auf die Konzentrationen dieser Gase in Lösung angewendet, beispielsweise im Blut oder in Wasser. Dabei wird als Partialdruck derjenige Druck des Gases angegeben, der mit der betreffenden Konzentration in Lösung (an einer gedachten oder wirklichen Grenzfläche von Gas und Flüssigkeit) in einem Diffusionsgleichgewicht steht. Der Partialdruck wird immer dann anstatt der Massenkonzentration verwendet, wenn das Diffusionsverhalten des gelösten Gases betrachtet wird. Typische Themen dafür sind die respiratorischen Austauschvorgänge in der Lunge, die Gefahr von Gasembolien in der Tauch- und Flugmedizin sowie die Entstehung der Gasblasenkrankheit der Fische.

[Bearbeiten] Dalton-Gesetz

Das Dalton-Gesetz (Daltonsches Gesetz, Gesetz der Partialdrücke), 1805 von John Dalton formuliert, besagt, dass die Summe aller Partialdrücke $p i$ bei idealen Gasen gleich dem Gesamtdruck des Gemisches $p G e s a m t$ ist. Für $k$ Komponenten ergibt sich:

$p_\mathrm{Gesamt} = \sum_{i=1}^k p_i$

Hieraus leitet sich ab, dass der Partialdruck des $i$ -ten Gases gleich dem Produkt aus Molenbruch $y i$ des Gases mal Gesamtdruck des Gemisches (beispielsweise Luftdruck) ist. Dies ist zwar eine idealisierte Darstellung für den Fall, dass die Teilchen der Gasphase außer der mechanischen keine gegenseitige Wechselwirkung haben (ideale Gase), jedoch kann man diese im Normalfall vernachlässigen.

$p_i = y_i \cdot p$

Das Verhältnis der Teilchenanzahl (Stoffmenge) $n i$ einer Komponente $i$ zur Gesamtteilchenzahl $n G e s a m t$ des Gemisches entspricht hierbei dem Molenbruch $y i$ und somit auch dem Partialdruck $p i$ der Komponente $i$ zum Gesamtdruck $p G e s a m t$ des Gemisches. Es gilt folglich:

$\frac{n_i}{n_\mathrm{Gesamt}} = \frac{p_i}{p_\mathrm{Gesamt}}$

Beispiel: trockene Luft in Meereshöhe

Der Luftdruck beträgt auf Meereshöhe (Normalbedingung) 1013,25 hPa. Die wesentlichen Bestandteile der Luft sind hierbei Stickstoff (78,09 % Vol.), Sauerstoff (20,95 % Vol.) und Argon (0,927 % Vol.), ferner Kohlenstoffdioxid (0,033 % Vol.). Man kann hierbei den Volumenanteil mit dem Teilchenanteil (Molenbruch) gleichsetzen, da es sich um annähernd ideale Gase handelt. Die anderen Bestandteile der Luft kann man aufgrund ihres geringen Anteils vernachlässigen. Es ergibt sich somit nach obiger Formel ein Partialdruck von 79,03 kPa für Stickstoff, 21,28 kPa für Sauerstoff, 1,01 kPa für Argon und 0,033 kPa für Kohlenstoffdioxid.

Tabelle I: Übersicht Partialdrücke trockene Luft in Meereshöhe (unter Verwendung aller üblicher Einheiten)
Komponente	Volumenanteil %	Partialdruck
Komponente	Volumenanteil %	hPa	kPa	mmHg (Torr)	bar	mbar
Luft	100,00	1.013,25	101,325	759,96	1,01325	1.013,25
Stickstoff	78,090	791,25	79,12	593,45	0,79125	791,25
Sauerstoff	20,950	212,28	21,23	159,21	0,21228	212,28
Argon	0,927	9,39	0,939	7,04	0,00939	9,39
Kohlendioxid	0,033	0,33	0,033	0,25	0,00033	0,33

Für feuchte Luft muss man den Wasserdampfdruck vom Luftdruck abziehen und den Restdruck unter den Gasen im Verhältnis ihrer Anteile an der trockenen Luft aufteilen.

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