道耳頓的分壓定律

化學原理啟迪71

1.     道耳頓為了建立原子理論所做的眾多實驗中，有一個關於混合氣體研究。

2.     道耳頓在1803年摘要他對混合氣體的觀察如下：一個容器裡的混合氣體，它的總壓力是每一種組成氣體各自壓力的總和。這就是道耳頓的分壓定律 Dalton’s law of partial pressures：

混合氣體的總壓力＝

「氣體1（單獨在容器中）的氣壓」+「氣體2的氣壓」+「氣體3的氣壓」……

Ptotal ＝ P1+P2+P3……

3.     在這裡下標符號P1用來指出，組成混合氣體的各個氣體（氣體1、氣體2、氣體3……等等）。P1、P2、P3的氣壓就稱為「分壓partial pressures」；那就是，組成混合氣體的每一種氣體，單獨在容器裡時，所施加的壓力。

4.     假定每種氣體的行為都十分符合理想氣體定律，每種氣體的分壓，依據理想氣體定律可以寫成：

P1＝n1RT/V 氣體1分壓＝氣體1莫耳數×常數×溫度/體積

P2＝n2RT/V 氣體2分壓＝氣體2莫耳數×常數×溫度/體積

P3＝n3RT/V 氣體3分壓＝氣體3莫耳數×常數×溫度/體積

5.     混合氣體的總氣壓，Ptotal，可以寫成：

Ptotal＝P1+P2+P3……＝n1RT/V + n2RT/V + n3RT/V+……

＝(n1+ n2+ n3+……)(RT/V)＝ n total(RT/V)

在這裡，n total是混合氣體中各種氣體分子的莫耳數的總和。

6.     所以，理想氣體混合物而言，影響壓力的重點是它的分子總莫耳數，而不是各個氣體分子的種類或組成。

7.     這個重大結論指出理想氣體的某些基本性質。理想氣體施加的氣壓，不受氣體分子種類（分子結構）的影響，這個事實，顯示二件事情，在理想氣體中：(1)各個氣體分子的體積一點都不重要。(1)氣體分子之間的引力也不重要。

8.     如果氣體分子的體積或分子彼此的引力，是關鍵力量，那麼，氣體的壓力就應該深深受到各個氣體分子的性質影響。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》

n   圖片來源：Reich-chemistry.wikispaces.com

 

徐弘毅：

1.     為什麼道耳頓的分壓定律，顯示「在理想氣體中：(1)各個氣體分子的體積一點都不重要。(1)氣體分子之間的引力也不重要。」？

2.     如果各氣體分子的體積大小十分重要，那麼，計算密度的時候，就要扣掉氣體分子的體積。

3.     因為「密度＝分子數量÷體積」，扣除掉氣體分子的「體積」，那麼，整個氣體的密度就會變大；氣體密度變大，代表粒子撞擊容器牆壁的頻率變大，壓力變大。

4.     因此，如果各個氣體的體積大小十分重要，會佔據相當的空間，那麼，每種氣體的「分壓」，都應該比「理想氣體定律」下的「分壓」大，而整體壓力應該也是比「理想氣體定律」大一些。

5.     如果氣體分子之間有引力，那麼，粒子撞擊牆壁的力量，就會受到分子間引力的牽制而變小。

6.     那麼，每種氣體的分壓都會受粒子數量影響，而比「理想氣體定律」預估的小一些。

7.     各種氣體混合在一起的，因為粒子的數量變多，分子間的引力牽制撞擊的力量更多，整體壓力應該也是比「理想氣體定律」小一些。

8.     但是道耳頓應該是讓氣體在高溫或低壓下測試的，這種情況下，氣體的行為模式，非常接近理想氣體定律。