Закон Дальтона в физике

История открытия

Английский ученый Джон Дальтон занимался изучением поведения газов в атмосфере. Он живо интересовался природными явлениями и изучал метеорологию. Дальтон задался вопросом, почему газы не лежат отдельными слоями, а смешиваются, но при этом не всегда взаимодействуют друг с другом. Эти наблюдения привели его к открытию нового закона физики о парциальном давлении газов. 

В 1801 г. исследователь обнаружил, что давление смеси газов равняется сумме давлений каждого составляющего газа в отдельности.

Формулировка закона

Уравнение закона: P = P₁ + P₂.

Количество слагаемых в формуле может увеличиваться в зависимости от количества веществ в смеси. Парциальное давление — это давление одного газа, если бы он заполнил весь объем, занимаемый смесью. Идеальный газ — это газ, не вступающий в реакцию с другими компонентами и не меняющий свое состояние.

В 1803 г. был открыт второй закон Дальтона, который сформулировал зависимость растворимости газа в смеси от его парциального давления. Согласно ему, на растворимость газа не влияет давление соседних газов.

Второй закон рассчитывается по формуле:

\(mi=\frac{Pi}{P} \)

Следствие закона Дальтона

Из закона Дальтона следует, что количество молекул каждого газа будет действовать на стенки сосуда независимо от того, сколько веществ находится в смеси. Следовательно, общее давление всех газов — это действие всех молекул, содержащихся в сосуде.

Примеры решения задач

Задание 1

Определите величину давления всех компонентов воздуха. Сухой воздух состоит из азота, кислорода и аргона. В процентном соотношении их количество соответствует пропорции 78:21:1.

Решение

Для определения парциального давления каждого из газов, нужно узнать их общее давление. Известно, что нормальное давление воздуха составляет 1 атмосферу. Если брать его за основу для расчета, то приходим к следующему выражению: 

P_i = P_tot*x_i

P_N2 = 1 *0,78 = 0,78 атм.

P_O2 = 1*0,21 = 0,21 атм.

P_Ar = 1*0,01 = 0,01 атм.

Задание 2

Определите давление 10 моль азота и 3 моль кислорода, которые находятся в баллоне под давлением 5 атмосфер. Чтобы решить задачу, необходимо найти молярную массу смеси, а затем долю каждого компонента в молях.

Решение

n = n_N2 + n_O2 = 10 + 3 = 13 моль — общее количество вещества в баллоне.

x_N2 = n_N2/n = 10/13 = 0,7692 — доля азота.

x_O2 = n_O2/n = 3/13 = 0,2308 — доля кислорода.

Так как парциальное давление каждого газа можно расчитывать через его долю (она прямо пропорциональна давлению), приходим к следующим расчетам:

P_N2 = 5*0,7692 = 3,846 атм.

P_O2 = 5*0,2308 = 1,154 атм.