Les propriétés physiques des gaz

Nous avons déjà expliqué que le gradient de pression généré par l’étirement des poumons permettait à l’air atmosphérique, dont la pression est de 760 mm de Hg, de pénétrer dans les voies respiratoires supérieures et d’atteindre les alvéoles pulmonaires. Par ailleurs, l’air atmosphérique est un mélange de gaz composé d’O₂, de CO₂, d’azote, d’eau, de gaz rares et de polluants. Donc, l’air qui arrive aux alvéoles est un mélange de gaz qui contient de l’oxygène. Mais, il faut comprendre que la concentration en oxygène de l’air alvéolaire doit être supérieure à la concentration de l’oxygène du sang capillaire, en provenance du ventricule droit, afin que ce gaz diffuse des alvéoles vers le sang.

Le cube A contient 5 molécules d'oxygène et le cube B contient 10 molécules d'oxygène. En supposant que chacun de ces cubes contienne 100 molécules de gaz, nous pouvons dire qu'il y a 5% d'oxygène dans le cube A et 10% dans le cube B. Il y a donc une relation directe entre la concentration d'un gaz et le nombre de particules contenues dans le volume occupé par ce gaz.  Les molécules sont constamment en mouvement et elles frappent les parois du cube. Cette force exercée par les particules sur les parois correspond à la pression qu’exercent ces particules sur les parois. Donc, si le nombre de particules augmente, il y a plus de particules qui frappent les parois et, par conséquent, la pression exercée sur les parois augmente de façon proportionnelle.

 En supposant que chaque molécule exerce une pression de 10 mm de Hg, la pression dans le cube A est alors de 50 mm de Hg alors que dans le cube B, elle est de 100 mm de Hg.

Il est alors relativement facile de comprendre que toute variation de la concentration du gaz influence proportionnellement la pression exercée sur les parois. En fait, lorsqu’on souffle dans un ballon on augmente le nombre de molécules de gaz dans le ballon. L’augmentation du nombre des molécules explique l’augmentation de la pression à l’intérieur du ballon et sur les parois de ce dernier et, par conséquent, l’étirement des parois. Le gonflement du ballon est toujours directement proportionnel à l’air poussé dans le ballon et, par conséquent, au nombre de molécules d’air qui frappent les parois.

Nous venons d’établir la relation entre le nombre de molécules d’un gaz et la pression qu’exerce ce gaz sur les parois du contenant. Maintenant nous allons analyser ce qui se passe lorsque le gaz introduit dans le contenant est un mélange de plusieurs gaz, car l’air n’est pas un gaz pur mais bien un mélange de gaz. 

Comme nous venons de le décrire, le pourcentage attribué à un gaz fait référence à la concentration de ce gaz, ou le nombre de molécules, par rapport au volume total du mélange gazeux.

Essayons de représenter schématiquement l’énoncé de la loi de Dalton.

L’air atmosphérique, est un mélange de gaz dont la pression totale correspond à la pression atmosphérique, c’est-à-dire à 760 mm de Hg. Si nous revenons à l’énoncé de la loi de Dalton, ce principe signifie donc que la pression atmosphérique de 760 mm de Hg correspond à la somme de la pression partielle de chacun des gaz qui composent l’air atmosphérique. Si, pour les besoins, on considère que l’air est principalement composé d’azote, d’oxygène, de CO₂ et d’eau, la pression atmosphérique de 760 mm de Hg correspond à la somme de la pression partielle de ces quatre gaz.

Patmosphérique = Pn₂  +  PO₂  +  PCO₂  +  Ph₂O

Avec les appareils que nous possédons aujourd’hui il est relativement facile de déterminer avec précision le pourcentage de chacun des gaz de l’air ainsi que la pression atmosphérique. À partir de ces données il est possible de calculer la pression partielle de chacun des gaz dans l'air que nous respirons. Le tableau suivant présente le pourcentage des quatre gaz qui composent l’air atmosphérique ainsi que la pression partielle qui correspond à chacun de ces gaz.