分壓計算器(道爾頓分壓定律)

根據混合氣體的總壓和各組分的摩爾分數(或摩爾數),利用道爾頓分壓定律 P_i = x_i × P_total 計算各組分的分壓。

使用提示

  • 在摩爾數模式下,只需輸入各組分的摩爾數,摩爾分數會自動計算,且總和必定為1。
  • 在摩爾分數模式下,即使各分數之和不等於1,系統也會按比例自動歸一化,因此些許輸入誤差不影響使用。
  • 組分數量可在2〜5個之間自由增減。不妨以空氣的主要成分(氮氣、氧氣、氬氣、二氧化碳)為例試算一下。
  • 如果只想研究單一氣體的壓強、體積、溫度與物質的量之間的關係,可以使用姊妹工具"理想氣體狀態方程計算器(PV=nRT)"。

常見問題

該定律指出,在混合氣體中,每種氣體的表現如同它單獨佔據整個容器一樣,混合氣體的總壓等於各組分分壓之和。每種組分的分壓等於其摩爾分數乘以總壓(P_i = x_i × P_total)。

摩爾分數是指某一組分氣體的物質的量佔混合氣體總物質的量的比例。所有組分的摩爾分數之和必定為1。例如空氣中氮氣的摩爾分數約為0.78(78%)。

人體對氧氣的吸收效率取決於氧氣的分壓,而不僅僅是其百分比濃度。在高海拔地區,總氣壓下降,即使氧氣濃度仍為21%,氧分壓也會降低,從而引發缺氧症狀。相反,在深水潛水時總壓升高,氧分壓會過高,從而帶來氧中毒的風險。

本工具在輸入的摩爾分數之和與1相差較大時,會按比例自動歸一化後再計算。如果總和已經接近1,則直接使用輸入值進行計算。
ツールくん

閒話 ― 分壓概念關乎生死的場合

道爾頓分壓定律由以原子論聞名的英國化學家約翰·道爾頓於1801年提出。道爾頓本對氣象學抱有濃厚興趣,在研究大氣中水蒸氣及其他氣體的行為時發現,即使多種氣體混合在一起,每種氣體仍各自獨立地表現,混合氣體的總壓不過是各組分分壓的簡單之和。

我們呼吸的空氣本身就是一種混合氣體:氮氣約佔78%、氧氣約佔21%、氬氣約佔0.93%、二氧化碳約佔0.04%。若地表附近氣壓為1個大氣壓,氧氣的分壓約為0.21個大氣壓——正是這一分壓值,而非單純的百分比,決定了氧氣被血液吸收的效率。

分壓的概念在醫學和運動科學中同樣不可或缺。高原反應是隨著海拔升高、總氣壓下降、氧分壓隨之降低而引發的;而水肺潛水則相反,隨著水深增加總壓升高,氮氣的分壓隨之上升,更容易溶入血液,這正是減壓病(潛水病)的根本原因。正確理解分壓,絕不只是化學計算問題,更直接關係到人身安全。