Loading article…
気体の混合物では、各構成ガスは分圧を持ち、それはその構成ガスが単独で元の混合物の全体積を同じ温度で占めていると仮定した場合の仮想圧力である。[ 1 ]理想気体混合物の全圧は、混合物中のガスの分圧の合計である（ドルトンの法則）。ボルツマン、ギブス、プランクが強調したように、半透膜ピストンを用いた思考実験によって分圧を分かりやすく示すことができる。[ 2 ]
呼吸生理学では、液体に溶解したガス（動脈血中の酸素など）の分圧は、そのガスが気相では溶解していないが液体と平衡状態にあるときの分圧として定義されます。[ 3 ] [ 4 ]この概念は、血液ガス張力としても知られています。この意味で、気体液体の拡散は、分圧の差（濃度ではなく）によって駆動されると言われています。化学と熱力学では、この概念は非理想気体に一般化され、代わりにフガシティと呼ばれます。実在気体の分圧は、その熱力学的活性の尺度です。気体は、気体混合物中の濃度や溶液中の溶質としてではなく、分圧（気体反応の反応商または平衡定数に現れる）に従って溶解、拡散、反応します。 [ 5 ]この気体の一般的な性質は、生物学における気体の化学反応にも当てはまります。
圧力の記号は通常pまたはpp で、圧力を識別するために添え字が使用される場合があり、気体の種類も添え字で表されます。これらの添え字が組み合わされると、再帰的に適用されます。[ 6 ] [ 7 ]
例：
ドルトンの法則は、理想気体の混合物の全圧は、混合物中の個々の気体の分圧の合計に等しいという事実を表しています。[ 8 ]この等式は、理想気体では分子が非常に離れているため、互いに相互作用しないという事実から生じます。実際のほとんどの気体は、この理想状態に非常に近いものです。たとえば、窒素（N₂ ）、水素（H₂ ）、 アンモニア（NH₃ ）の理想気体混合物の場合：
どこ：
理想的には、分圧の比は分子数の比に等しくなります。つまり、モル分率です。理想気体混合物中の個々の気体成分の値は、その成分の分圧または成分の モル数で表すことができる。
理想気体中の個々の気体成分の分圧は、次の式を用いて求めることができる。
混合ガス中のガス成分のモル分率は、混合ガス中のその成分の体積分率に等しい。[ 9 ]
分圧比は、以下の等温関係式に基づいています。
混合気体中の特定の気体の部分体積とは、混合気体の全圧下における、混合気体を構成する1つの成分の体積のことです。例えば空気のような混合気体では、酸素などの特定の気体成分に注目すると便利です。
分圧とモル分率の両方から表現できます: [ 10 ]
蒸気圧とは、蒸気が非蒸気相（すなわち、液体または固体）と平衡状態にあるときの圧力のことです。この用語は、液体の蒸発傾向を表すためによく用いられます。これは、分子や原子が液体または固体から逃げ出す傾向の尺度です。液体の大気圧沸点とは、その蒸気圧が周囲の大気圧と等しくなる温度のことで、しばしば標準沸点と呼ばれます。
一定温度における液体の蒸気圧が高いほど、その液体の通常の沸点は低くなる。
表示されている蒸気圧チャートには、さまざまな液体の蒸気圧と温度の関係を示すグラフがあります。[ 11 ]チャートからわかるように、蒸気圧が最も高い液体は、標準沸点が最も低いです。
例えば、どの温度においても、塩化メチルは図中の液体の中で最も高い蒸気圧を持ちます。また、塩化メチルは最も低い標準沸点（-24.2 °C）を持ち、これは塩化メチルの蒸気圧曲線（青線）が絶対蒸気圧1気圧（atm）の水平圧力線と交差する点です。高度が高くなると、大気圧は海面よりも低くなるため、液体の沸点も低下します。エベレスト山頂の大気圧は約0.333 atmなので、このグラフを用いると、ジエチルエーテル の沸点は約7.5 °Cとなり、海面（1 atm）での34.6 °Cよりも低くなります。
各気体の分圧と全体の反応式が与えられれば、気体混合物が関与する化学反応の平衡定数を算出することが可能です。例えば、気体反応物と気体生成物が関与する可逆反応の場合、次のようになります。
この反応の平衡定数は次のようになります。
可逆反応においては、全圧、温度、または反応物濃度の変化によって平衡はルシャトリエの原理に従って反応の右辺または左辺のいずれかに偏る。しかしながら、反応速度論は平衡移動を阻害したり促進したりする可能性がある。場合によっては、反応速度論が最も重要な考慮事項となることもある。
気体は液体に溶解するが、その溶解度は、未溶解の気体と液体に溶解した気体（溶媒と呼ばれる）との間の平衡によって決まる。[ 12 ]その平衡の平衡定数は次のとおりである。
どこ：
平衡定数の式は、溶液中の溶質ガスの濃度が、溶液上のそのガスの分圧に正比例することを示しています。この法則はヘンリーの法則として知られており、平衡定数はこれはヘンリーの法則定数と呼ばれることが多い。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
ヘンリーの法則は次のように表記されることもある。[ 15 ]
どこはヘンリーの法則定数とも呼ばれる。[ 15 ]上記の式( 1 )と( 2 )を比較するとわかるように、は逆数ですどちらもヘンリーの法則定数と呼ばれることがあるため、技術文献を読む際には、ヘンリーの法則の式がどちらのバージョンで使用されているかを注意深く確認する必要があります。
ヘンリーの法則は近似式であり、希薄な理想溶液、および液体溶媒が溶解する気体と化学反応を起こさない溶液にのみ適用される。
水中潜水では、呼吸ガスの個々の構成ガスの生理学的影響は分圧の関数である。[ 16 ]
ダイビング用語を用いると、分圧は次のように計算されます。
成分ガス「i」の場合：
例えば、水深50メートル（164フィート）では、全絶対圧力は6バール（600kPa ）（つまり、大気圧1バール＋水圧5バール）であり、空気の主要成分である酸素（体積比21％）と窒素（体積比約79％）の分圧は以下のとおりです。
潜水用呼吸ガス混合物中の酸素分圧の安全な下限値は、絶対値で0.16バール（16kPa ）です。酸素分圧が絶対値で0.16バール未満になると、低酸素症や突然の意識喪失が問題になる可能性があります。 [ 17 ]酸素分圧が高すぎると、痙攣を伴う酸素中毒が問題になります。NOAA潜水マニュアルでは、絶対値1.6バールで最大45分、絶対値1.5バールで120分、絶対値1.4バールで150分、絶対値1.3バールで180分、絶対値1.2バールで210分の最大単回曝露を推奨しています。これらの酸素分圧と曝露時間を超えると、酸素中毒のリスクが生じます。酸素分圧は、ガス混合物の最大作動深度も決定します。 [ 16 ]
高圧ガスを呼吸すると、麻酔作用が問題となる。一般的に、テクニカルダイビングを計画する際に使用される麻酔ガスの最大全分圧は、麻酔深度35メートル（115フィート） に相当する場合、絶対圧で約4.5バールとなる。
呼吸ガス中の一酸化炭素などの有毒汚染物質の影響は、呼吸時の分圧にも関係しています。水面では比較的安全な混合ガスでも、潜水の最大深度では危険なほど有毒になる可能性があり、また、潜水用リブリーザーの呼吸ループ内の許容レベルの二酸化炭素でも、分圧が急激に上昇する潜降中に数秒以内に許容できなくなり、ダイバーのパニックや行動不能につながる可能性があります。[ 16 ]
ガス種を表すすべての記号は下付き文字です。
![{\displaystyle P_{\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ab7b1db5c8d83d84c44c7ef21ce5319e4bd4bb3b)
![{\displaystyle p_{\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b7c07bedeaabb8a86c5f06b334e9657eee0c0fc3)
![{\displaystyle P_{a_{\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9fdf106f707e0881904a1784cb7b4f2276e46de8)
![{\displaystyle p_{a_{\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8016acf69b9e93095dcc4446bdbacf9639ccfe7a)
![{\displaystyle P_{v_{\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/79099b6b275332bc5976b4a652989f77b6692fa7)
![{\displaystyle p_{v_{\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a998619a62004c17a34efdb759bff9a5fbe75191)
![{\displaystyle p=p_{\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}+p_{\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}+p_{\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3919abfac7677f06dc8747de2d56f9f3227c94fd)
![{\displaystyle p_{\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f44e4f89bf760aa390bf9976112e03aedbe9b5d6)
![{\displaystyle p_{\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/19156f8451ee99378597d934f9dd4ca6059911ac)
