Wet van Dalton

In een eerdere duikblog hebben we aan de hand van de Wet van Boyle gezien wat de werking is van druk op het volume van gas. Nu gaan we nog een stapje verder, we gaan kijken naar de invloed van druk op de samenstelling van een gasmengsel. Hierbij komt de Wet van Dalton om de hoek kijken.

John Dalton was een Engelse natuur- en scheikundige, hij leefde van 1766 tot 1844. Dalton heeft enkele baanbrekende wetenschappelijke artikelen gepubliceerd. Eén van deze publicaties betreft een atoomtheorie, hieruit is de formule voortgekomen die nu bekend staat als de Wet van Dalton.

De wet van Dalton

>   De totale druk van een gasmengsel gelijk is aan de som van de partiële drukken van de gassen in dat mengsel.
Dit betekent dat als de druk toeneemt op een gasmengsel, de partiële drukken van de gassen in dat gasmengsel evenredig toenemen.

Een voorbeeld

Lucht bestaat voor 21% uit zuurstof en voor (bijna) 79% uit stikstof. Op zee niveau is de druk van lucht gelijk aan 1 bar. De partiële druk van zuurstof in de lucht is daarmee op zeeniveau 0,21 bar en de partiële druk van stikstof 0,79 bar. Bij elkaar is dit 1 bar.

Op een diepte van 30 meter onderwater is de druk niet 1 bar zoals op zeeniveau, maar 4 bar. De partiële druk van zuurstof is op dat moment 0,84 bar (4 x 0,21) en die van stikstof 3,16 bar. Bij elkaar is dit 4 bar.

Wat kunnen we met deze wetenschap?

Zuurstof is noodzakelijk voor ons om te kunnen leven. Pure zuurstof is niet altijd goed voor ons, maar doordat dit gas gemengd is met stikstof (een soort verdunner) is dat aan de oppervlakte geen probleem. Een partiële zuurstofdruk van 0,21 bar is goed. Wat veel mensen echter niet weten is dat zuurstof giftig wordt wanneer het een partiële druk van 1,6 bar of meer bereikt. Dit noemen we het Paul Bert effect. Ook stikstof heeft onder druk een negatieve invloed op het lichaam en leidt tot een duikersroes die ook wel stikstsofnarcose genoemde wordt.  Een duiker krijgt decompressieverschijnselen.

Pure zuurstof (dus 100%) wordt op 6 meter onder water giftig. Op dat moment bereikt zuurstof een partiële druk van 1,6 bar, wat de veilige grens is. Als je met lucht duikt zal het punt waarop je die 1,6 bar partiële zuurstofdruk bereikt een stuk dieper liggen. Het gasmengsel in de fles wordt dan giftig op een diepte van 66 meter. Dit kun je vaststellen met de volgende formule: (1,6 bar / 21 % x 100 % – 1 bar) x 10 meter. In de duikwereld wordt bij opleidingen een partiële zuurstofdruk van 1,4 bar echter om veiligheidsredenen als maximum gesteld en bij fun duiken vaak 1,5 bar. Qua diepte kom je met de 1,4 grens uit op een maximum van 56,6 meter ((1,4 bar / 21 % x 100 % – 1 bar) x 10 meter). Met de grens van 1,5 bar is dat 61,4 meter.

Het klinkt allemaal heel gecompliceerd en tijdens een nitrox opleiding van bijvoorbeeld de enriched air diver cursus van PADI wordt hier uitgebreid aandacht aan besteed. Je moet voorkomen dat de partiële zuurstofdruk de veilige norm overschrijdt. Je kunt dit simpel berekenen door het diamantmodel toe te passen.
In dit voorbeeld mag je bijvoorbeeld met een partiële druk van 1,4 bar en met een percentage zuurstof van 32 procent (van het gasmengsel) naar een diepte van 32 meter, waarbij de druk 4,2 (1,4 / 0,33) is. Als je het percentage zuurstof wilt weten deel je de partiële druk door de totale druk. Als je de partiële druk wilt weten vermenigvuldig je de totale druk met het percentage zuurstof.