分压计算器(道尔顿分压定律)
根据混合气体的总压和各组分的摩尔分数(或摩尔数),利用道尔顿分压定律 P_i = x_i × P_total 计算各组分的分压。
分压计算与道尔顿分压定律是什么
分压计算,是指在多种气体混合而成的混合气体中,求出各成分气体各自单独所施加的压力(分压)。依英国化学家约翰・道尔顿所提出的道尔顿分压定律,混合气体的总压等于所有成分分压之和,而各成分的分压则以该成分的摩尔分率乘以总压表示(P_i = x_i × P_total)。从空气这类身边的混合气体,到潜水用的呼吸气体,想知道各成分压力的场合并不少见。
本工具只需输入总压与各成分的比例,便会依道尔顿分压定律自动计算各成分的分压。比例的输入可选摩尔分率或摩尔数,即使摩尔分率的合计偏离1,也会在保持比例的前提下正规化后计算,因此无须为细微的尾数调整烦恼。计算全部在浏览器内完成,所输入的数值不会传送至外部。
分压计算的使用方式
- 选择输入方式 已知摩尔分率时选择「以摩尔分率输入」,已知各成分物质量(摩尔数)时选择「以摩尔数输入」。
- 输入总压 输入混合气体整体的压力(P_total)。单位请统一为 atm、kPa、Torr 等您希望结果所用的单位。
- 输入各成分的数值 逐一输入各成分的摩尔分率或摩尔数。成分可用「新增成分」按钮在2〜5种之间增减。
- 确认各成分的分压 输入的同时便会显示各成分的摩尔分率与分压。若「分压合计(验算)」与总压一致,即可确认计算无误。
用好本工具的小技巧
- 在摩尔数模式下,只需输入各组分的摩尔数,摩尔分数会自动计算,且总和必定为1。
- 在摩尔分数模式下,即使各分数之和不等于1,系统也会按比例自动归一化,因此些许输入误差不影响使用。
- 组分数量可在2〜5个之间自由增减。不妨以空气的主要成分(氮气、氧气、氩气、二氧化碳)为例试算一下。
- 如果只想研究单一气体的压强、体积、温度与物质的量之间的关系,可以使用姊妹工具"理想气体状态方程计算器(PV=nRT)"。
分压计算有用的场合
由空气组成求氧分压
可由氮、氧、氩、二氧化碳的摩尔分率与气压(总压),一次确认各自的分压。适合在讨论高地与高山症、氧分压成为话题时的事前调查。
水肺潜水的呼吸气体管理
可由水深造成的总压变化,以及高氧混合气等混合气体的摩尔分率,试算氧分压与氮分压,作为思考氧中毒与减压症风险时的参考。
确认化学实验中混合气体的压力分担
在将多种气体封入同一容器的实验中,可由所投入的物质量(摩尔数)事先估算各成分分担多少压力。
与气体状态方程的组合
若想先求单一成分的压力、体积、温度、物质量的关系,亦可先以姊妹工具气体状态方程计算机(PV=nRT)求出各成分的摩尔数,再以本工具换算为分压。
与饱和水蒸气压的比较
处理潮湿气体时,确认水蒸气的分压是否未超过以饱和水蒸气压计算机求得之值,即可作为是否发生结露或过饱和的判断参考。
与分压相关的术语
- 分压
- 指假设混合气体中某一成分气体单独占据该容器时所呈现的压力。依道尔顿分压定律,以成分的摩尔分率乘以总压求得(P_i = x_i × P_total)。
- 摩尔分率
- 指某成分气体的物质量相对于混合气体整体物质量(摩尔数)的比例。取0〜1之值,所有成分的摩尔分率合计必为1。
- 道尔顿分压定律
- 指混合气体的总压等于各成分气体分压单纯相加之值的定律。1801年由英国化学家约翰・道尔顿提出。
- 总压
- 指多种气体混合而成的混合气体整体对容器壁所施加的压力。与各成分分压全部相加之值一致。
- 排水集气法
- 指将所产生的气体导入盛满水的容器中,藉排出水来收集气体的实验手法。所收集的气体会混入水蒸气,故欲求准确的气体分压,须自总压减去水蒸气的分压(饱和水蒸气压)。
- 理想气体
- 指假设可忽略分子间作用力与分子本身体积的假想气体。道尔顿分压定律与气体状态方程(PV=nRT)皆是以此理想气体的行为为前提的关系式。
常见问题
闲话 ― 分压概念关乎生死的场合
道尔顿分压定律由以原子论闻名的英国化学家约翰·道尔顿于1801年提出。道尔顿本对气象学抱有浓厚兴趣,在研究大气中水蒸气及其他气体的行为时发现,即使多种气体混合在一起,每种气体仍各自独立地表现,混合气体的总压不过是各组分分压的简单之和。
我们呼吸的空气本身就是一种混合气体:氮气约占78%、氧气约占21%、氩气约占0.93%、二氧化碳约占0.04%。若地表附近气压为1个大气压,氧气的分压约为0.21个大气压——正是这一分压值,而非单纯的百分比,决定了氧气被血液吸收的效率。
分压的概念在医学和运动科学中同样不可或缺。高原反应是随着海拔升高、总气压下降、氧分压随之降低而引发的;而水肺潜水则相反,随着水深增加总压升高,氮气的分压随之上升,更容易溶入血液,这正是减压病(潜水病)的根本原因。正确理解分压,绝不只是化学计算问题,更直接关系到人身安全。