分压定律Dalton

分压定律Dalton's law of partical pressure

混合气体的总压等于混合气体中各组分气体的分压之和，某组分气体的分压大小则等于其单独占有与气体混合物相同体积时所产生的压强。这一经验定律被称为分压定律。

定义

气体的特性是能够均匀地布满它所占有的全部空间，因此，在任何容器的气体混合物中只要不发生化学变化，就像单独存在的气体一样，每一种气体都是均匀地分布在整个容器之中。

由两种或两种以上相互不发生化学反应的气体混合在一起组成的气体称为混合气体(mixed gas)，组成混合气体的每种气体都被称为该混合气体的组分气体(component gas)。

在恒温时，混合气体中某组分气体都占据与混合气体相同体积时对容器所产生的压强，叫做该组分气体的分压，用Pi表示。

推导过程

1.在温度与体积一定时，混合气体中各组分气体的分压之和等于混合气体的总压。

数学表达式：P

总

=P1+P2+···+P i

假定在体积为V的容器中充入一定量的混合气体，在温度T下，其总压为P

总，显然混合气体总物质的量n

总

是个组分气体位置的量n i

。

由理想气体定律：P

总

V=n

总

RT P i V=n i RT

将P

总

V=n

总

RT展开

P总=n总RT/V=(n1+n2+···+n i)RT/V=n1RT/V+n2RT/V+···+n i=P1+P2+···+P i

2.气体的分压等于总压强乘以气体摩尔分数或体积分数。

P总=P1+P2+···+P i ，在右式两边同除P总。

1=P1/P总+P2/P总+···+P i/P总=x1+x2+···+x i

各组分气体的分压P i与总压P

总

之比称之为压强分数，显然压强分数之和

P i/P总等于1。

因为n

总

=n1+n2+···+n i

同样，1=n1/n总+n2/n总+···+n i/n总=x1+x2+···+x i

ni/n总称为摩尔分数。

由分体积定律：1=V1/V总+V2/V总+···+V i/V总

可得x i=P i/P总=n i/n总=V i/V总，即对于同一状态气体压强分数等于摩尔分数等于体积分数。

对上式变形得：P i=P总·V i/V总=P总·n i/n总[1]

应用领域

例如，零摄氏度时，1mol 氧气在22.4L 体积内的压强是101.3kPa 。如果向容器内加入1mol 氮气并保持容器体积不变，则氧气的压强还是101.3kPa，但容器内的总压强增大一倍。

注意事项

要注意的是，恒温下，混合气体中各组分气体所产生的分压强则等于它单独占单独占有整个容器（与总气体混合物相同体积时）所产生的压强。实际气体并不严格遵从这条道尔顿分压定律，在高压情况下尤其如此。

因为当压力很高时，分子所占的体积和分子之间的空隙具有可比性；同时，更短的分子间距离使得分子间作用力增强，从而会改变各组分的分压力。这两点在分压定律中并没有体现。

不过分压定律对于低压下真实气体混合物也可以近似适用。

适用范围

重力场中的宏观热力学系统，由于气体分子要受到重力场作用，当宏观热力学系统达到平衡态时，宏观热力学系统各组份气体分子的数密度要随高度而发生变化，宏观热力学系统的总压强也将随高度不同而发生改变，整个宏观热力学系统并不严格遵从道耳顿分压定律。但若把整个宏观热力学系统按重力场方向水平分割成一系列的微观型热力学系统，则每一个微观型热力学系统的总压强是等于该微观型热力学系统各组份气体分子单独存在时的分压强之和的。也就表明处于重力场中的宏观热力学系统达到平衡时，沿重力场方向各个微观型热力学系统是遵从道耳顿分压定律的。或者说重力场中的宏观热力学系统处于平衡时，沿重力场方向某高度处的总压强等于同一高度处各组份的分压强之和。