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理想氣體分壓定律
描述理想氣體特性的定律
基本信息
| 中文名 | 理想氣體分壓定律 |
| 外文名 | Daltons law of partial pressures |
| 別名 | 道爾頓分壓定律 |
| 提出者 | 約翰·道爾頓 |
| 提出時(shí)間 | 1801年 |
| 應(yīng)用領(lǐng)域 |
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定律簡(jiǎn)介
道爾頓分壓定律（也稱道爾頓定律）描述的是理想氣體的特性。一定量的氣體在一定容積的容器中的壓強(qiáng)僅與溫度有關(guān)。例如，零攝氏度時(shí)，1mol 氧氣在 22.4L 體積內(nèi)的壓強(qiáng)是 101.3kPa 。如果向容器內(nèi)加入 1mol 氮?dú)?/a>并保持容器體積不變，則氧氣的壓強(qiáng)還是 101.3kPa，但容器內(nèi)的總壓強(qiáng)增大一倍。可見(jiàn)， 1mol 氮?dú)庠谶@種狀態(tài)下產(chǎn)生的壓強(qiáng)也是 101.3kPa 。
道爾頓（Dalton）總結(jié)了這些實(shí)驗(yàn)事實(shí)，得出下列結(jié)論：某一氣體在氣體混合物中產(chǎn)生的分壓等于在相同溫度下它單獨(dú)占有整個(gè)容器時(shí)所產(chǎn)生的壓力；而氣體混合物的總壓強(qiáng)等于其中各氣體分壓之和，這就是氣體分壓定律（law of partial pressure）。
即理想氣體混合物中某一組分B的分壓等于該組分單獨(dú)存在于混合氣體的溫度T及總體積V的條件下所具有的壓力。而混合氣體的總壓即等于各組分單獨(dú)存在于混合氣體溫度、體積條件下產(chǎn)生壓力的總和。這即為道爾頓分壓定律。
道爾頓定律只適用于理想氣體混合物，實(shí)際氣體并不嚴(yán)格遵從道爾頓分壓定律，在高壓情況下尤其如此。當(dāng)壓力很高時(shí)，分子所占的體積和分子之間的空隙具有可比性；同時(shí)，更短的分子間距離使得分子間作用力增強(qiáng)，從而會(huì)改變各組分的分壓力。這兩點(diǎn)在道爾頓定律中并沒(méi)有體現(xiàn)。
學(xué)說(shuō)
確切地說(shuō)，并不是道爾頓首先提出所有的物質(zhì)都是由極其微小的、不可毀壞的粒子──人稱原子組成的。這個(gè)概念是由古希臘哲學(xué)家德漠克利特提出來(lái)的，甚至在他以前可能就有人提出過(guò)。另一位希臘哲學(xué)家伊壁鳩魯（公元前342—270年）采用了這一假說(shuō)。羅馬作家留克利希阿斯（公元前99－55年）在他的著名詩(shī)歌《論事物的本質(zhì)》中對(duì)這一假說(shuō)做了生動(dòng)形象的介紹。
德謨克利特的學(xué)說(shuō)未被亞里士多德接受，在中世紀(jì)受到了忽視，對(duì)現(xiàn)代科學(xué)沒(méi)有什么影響。但是17世紀(jì)有幾個(gè)包括艾薩克·牛頓在內(nèi)的主要科學(xué)家支持過(guò)類似的學(xué)說(shuō)。不過(guò)早期的原子學(xué)說(shuō)都沒(méi)有定量表達(dá)，也沒(méi)有用于科學(xué)研究，最根本的是誰(shuí)也沒(méi)有看到哲學(xué)的假想和化學(xué)的嚴(yán)酷事實(shí)之間存在的聯(lián)系。
這就是道爾頓的貢獻(xiàn)所在。他提出了一個(gè)明了的定量學(xué)說(shuō)，可以用來(lái)解釋化學(xué)實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)受住了實(shí)驗(yàn)室的精確檢驗(yàn)。
雖然道爾頓的術(shù)語(yǔ)與我們現(xiàn)在使用的稍有不同，但是卻清楚地表述了原子、分子、元素等概念。他明確指出；雖然世界上原子的總數(shù)目相當(dāng)之大，但是不同原子種類的數(shù)目卻是非常之?。ㄋ脑辛谐?0種元素即20種原子，今天所知道的元素有一百多種）。
雖然不同種類的原子有不同的重量，但是道爾頓認(rèn)為任何兩個(gè)同類原子的所有性質(zhì)包括重量都相同。道爾頓在他的書(shū)中列出了一張各種不同類原子的相對(duì)重量表──有關(guān)這方面的第一張表，是定量原子學(xué)說(shuō)的一個(gè)重要特征。
道爾頓還明確地指出，任何相同化合物的兩個(gè)分子都是由相同原子組成的（例如，每個(gè)氧化亞氮都是由兩個(gè)氮原子和一個(gè)氧原子組成的）。由此可推出一種已知的化合物──不管是由什么方法配制或在哪里發(fā)現(xiàn)的──總含有相同的元素，而且這些元素之間的重量比完全一樣。這就是約瑟夫·路易斯·普勞特幾年前在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的“定比定律”。
道爾頓的學(xué)說(shuō)非常具有說(shuō)服力，不到二十年的時(shí)間就為大多數(shù)科學(xué)家所采納。而且化學(xué)家按照書(shū)中所提出的方案行事：準(zhǔn)確地確定出相對(duì)原子重量和每種分子的原子數(shù)；定量分析化合物。當(dāng)然這個(gè)方案已取得徹底的成功。
原子假說(shuō)的重要性是不易被夸大的。它是我們認(rèn)識(shí)化學(xué)的主要學(xué)說(shuō)，而且在很大程度上是現(xiàn)代物理學(xué)的一個(gè)不可缺少的序幕。只是因?yàn)樵诘罓栴D以前就有人經(jīng)常討論原子論，所以他在此冊(cè)中的名次并不很高。
知識(shí)
理想氣體狀態(tài)方程，又稱理想氣體定律、普適氣體定律，是描述理想氣體在處于平衡態(tài)時(shí)，壓強(qiáng)、體積、物質(zhì)的量、溫度間關(guān)系的狀態(tài)方程。它建立在玻義耳-馬略特定律、查理定律、蓋-呂薩克定律等經(jīng)驗(yàn)定律上。其方程為
。這個(gè)方程有4個(gè)變量：p是指理想氣體的壓強(qiáng)，V為理想氣體的體積，n表示氣體物質(zhì)的量，而T則表示理想氣體的熱力學(xué)溫度；還有一個(gè)常量：R為理想氣體常數(shù)。可以看出，此方程的變量很多。因此此方程以其變量多、適用范圍廣而著稱，對(duì)常溫常壓下的空氣也近似地適用。
推導(dǎo)
設(shè)混合氣體中第i種組分的氣體的物質(zhì)的量為
，分壓為
，混合氣體中，各組分氣體總的物質(zhì)的量為n，混合氣體的總壓為p，V為混合氣體總體積。
則
;(1)
(3)
根據(jù)分體積的概念，道爾頓分壓定律還可以表示為
。
知識(shí)擴(kuò)展
實(shí)際氣體都不同程度地偏離理想氣體定律。偏離大小取決于壓力、溫度與氣體的性質(zhì)，特別是取決于氣體液化的難易程度。對(duì)于處在室溫及1大氣壓左右的氣體，這種偏離是很小的，最多不過(guò)百分之幾。如氧氣和氫氣是沸點(diǎn)很低的氣體（-183攝氏度和-253攝氏度），在25攝氏度和1大氣壓時(shí)，摩爾體積與理想值的偏差在0.1%以內(nèi)。而沸點(diǎn)較高的二氧化硫和氯氣(-10攝氏度與-35攝氏度)，在25攝氏度與1大氣壓下就不很理想。它們的摩爾體積比按理想氣體定律預(yù)計(jì)的數(shù)值分別低了24%與16%。當(dāng)溫度較低、壓力較高時(shí)，各種氣體的行為都將不同程度地偏離理想氣體的行為。此時(shí)需要考慮分子間的引力和分子本身的體積重新構(gòu)造氣體狀態(tài)方程。
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