道爾頓分壓定律計算器

重點速覽：道爾頓分壓定律（Dalton's law of partial pressures）由英國化學家約翰·道爾頓（John Dalton）於 1801 年提出，是描述理想氣體混合物壓力行為的基本定律。它指出：在一個不發生化學反應的理想氣體混合物中，混合氣體的總壓等於各組分氣體『分壓』的總和：P總 = P₁ + P₂ + P₃ + …（即 P總 = ΣPᵢ）。所謂某組分的『分壓（partial pressure）』，是指該組分氣體單獨佔據整個容器（相同溫度、相同體積）時所產生的壓力。道爾頓定律成立的物理基礎是：在理想氣體假設下，氣體分子本身體積可忽略、分子間無交互作用，因此每種氣體彷彿感覺不到其他氣體的存在，各自獨立地對容器壁施加壓力。由此可推出一個非常實用的關係——某組分的分壓等於它的『摩爾分數（mole fraction）』乘以混合氣體總壓：Pᵢ = xᵢ × P總，其中摩爾分數 xᵢ = 該氣體的摩爾數 / 混合氣體的總摩爾數（介於 0 到 1，所有組分的摩爾分數之和為 1）。以本工具預設為例：地球大氣中氧氣的摩爾分數約為 0.21，標準大氣壓 P總 ≈ 101.3 kPa，則氧氣的分壓 = 0.21 × 101.3 ≈ 21.3 kPa。這正是我們呼吸時肺部所接觸的氧分壓的近似值。道爾頓分壓定律的應用非常廣泛：第一，計算混合氣體中各組分的分壓（工業製氣、大氣科學、環境監測）。第二，潛水與高空生理——潛水員在水下承受高壓，各氣體分壓升高（氮分壓過高會導致氮醉、氧分壓過高會氧中毒），高空缺氧則是氧分壓不足；因此配氣（如氦氧混合氣）都要按分壓計算。第三，收集氣體時的『排水集氣法』——收集到的氣體被水蒸氣飽和，實際乾燥氣體的壓力 = 大氣壓 − 該溫度下的水蒸氣壓（飽和蒸氣壓），這是分壓定律的直接應用。第四，化學平衡中以分壓表示的平衡常數 Kp。第五，配合理想氣體方程 PV = nRT 做氣體計算。使用道爾頓分壓定律要注意：第一，它嚴格成立於『理想氣體』；在高壓或低溫、分子間作用力顯著時會偏離。第二，混合過程中氣體之間不能發生化學反應。第三，摩爾分數 xᵢ 是『摩爾數之比』而非質量比或體積比（不過理想氣體的摩爾分數等於體積分數）。第四，分壓與總壓要用相同單位（都用 kPa、atm 或 mmHg）。第五，本計算器摩爾分數限於 0～1、總壓取非負值。總之，本計算器讓你由摩爾分數與總壓，快速算出混合氣體中某組分的分壓，是氣體化學、潛水生理與集氣計算的實用工具。