定律

拉午耳定律(一)

拉午耳定律 (Raoult’s Law)(一)
國立臺灣大學化學系陳藹然博士/國立臺灣大學化學系黃俊誠博士責任編輯

我們生活時時刻刻都在接觸水溶液,自古以來科學家對於水溶液的研究也一直從不間斷,從水溶液的基本性質如滲透壓、蒸氣壓、凝固點,到水溶液的應用等。很久以前大家就發現到含有非揮發性物質的水溶液,比起純水其沸騰溫度更高,顯示溶液中溶質的存在降低了溶液的蒸氣壓。第一個將這個觀察分析提出理論的是德國化學家巴布(Lambert Heinrich von Babo, 1818-1899),他在1848年提出稀薄溶液蒸氣壓的下降相對量『∆P/P0』,在相同溫度下為一常數;也就是有相同粒子數的稀鹽類水溶液,其相對蒸氣壓的降低值和溫度無關。(式一)

(P0-P)/P0 = ∆P/P0 =k (式一)

P:溶液蒸氣壓,P0:純溶劑蒸氣壓,∆P:蒸氣壓下降量,k:常數。

道耳頓分壓定律

道耳頓分壓定律 (Dalton’s law of partial pressures)
國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

日常生活中所接觸的氣體大多是混合氣體,例如空氣是成分氣體就包含了氮氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳及惰性氣體等等。在混合氣體中,每種成分氣體都會貢獻了「分壓」(partial pressure),這個分壓即為該氣體單獨存在於與混合氣體相同體積的容器中產生的壓力。

格雷姆定律

格雷姆定律 (Graham’s law )
臺北市立第一女子高級中學二年級鄭竹容/臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

氣體粒子在空間中不斷的運動,使得各種氣體粒子可以經由不斷的碰撞而混合均勻,此現象稱為氣體的擴散 (diffusion)。蘇格蘭的物理化學家格雷姆針對氣體擴散的研究,在1833年先提出了非常有名的擴散定律 (law of diffusion)。後來格雷姆又設計實驗測量氣體的逸散 (effusion)性質,即研究氣體在一定的時間內通過小孔出去的速率與氣體分子量的關係,到了1846年又提出逸散定律 (law of effusion)。

格雷姆的實驗結果顯示,在同溫、同壓下,氣體的擴散速率與氣體逸散速率皆與氣體之分子量的平方根成反比,因此氣體擴散定律與氣體逸散定律常被合稱為格雷姆定律 (Graham’s law )。

亨利定律

亨利定律(Henry’s law)
國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

氣體在溶液中之溶解性質與氣體的分壓有關,此氣體性質可由亨利定律(Henry’s law)來說明:在常溫下,某氣體溶解於某溶劑中的體積莫耳濃度和該溶液達成平衡的氣體分壓成正比。

亨利定律的公式可表示如下: \(e^p = e^{kc}\)

其中: \(e\) 近似於 \(2.7182818\),是自然對數的底數; \(p\) 指溶液上的氣體分壓(partial pressure);\(c\) 是溶液的體積莫耳濃度(molar concentration);\(k\) 則是亨利常數,\(k\) 會因溶劑和溫度的不同而變化。

另論波以耳定律(Boyle’s law)

另論波以耳定律(Boyle’s law)
台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

人類歷史上第一個被發現的「定律」就是波以耳定律(Boyle’s law或Boyle-Mariotte law),此由波以耳(R. Boyle)在1662年根據實驗結果提出:「在密閉容器中的定量氣體,在恆溫時氣體的壓力和體積成反比關係。」
這裡:$$\mathbf{V}=\displaystyle\frac{k}{P}$$ V 是指氣體的體積 P 指壓力 k 為一常數
人體進行呼吸作用時,其實也是氣體的體積及壓力之間的相互作用。

波以耳定律(Boyle’s Law)

波以耳定律(Boyle’s Law)
台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

波以耳(1627-1691)常被尊稱為化學之父,他在1662年為了要了解原子及空間的關係,測量並分析氣體壓力與體積的關係,而提出著名的波以耳定律:定溫下,密閉容氣中的定量氣體之體積與其壓力成反比。你很可能早在小時候,就開始對波以耳定律進行實驗了。當你擠壓汽球時,可以注意到:當你愈用力擠壓它,它似乎就會愈用力地推回來。而當你躺在充氣墊上時,充氣墊被擠壓到某一點時就會停止、不能再被擠壓了。這是因為當你降低某一定量的氣體時,它所產生的壓力會增加。

當兩個變量成反比,如上面例子提到的壓力與體積時,此二變量的乘積將為定值。因為氣體的壓力與體積在定溫下的反比關係,如果你把其中一個的量乘二,另一個的量將會變成原本的一半。從下面的表格可看出氣體的體積與壓力間之反比關係。想像有氣體密閉於鋼瓶之中,而你可以控制它的壓力。注意壓力的變化如何此使體積的值改變,同時這兩個變量的乘積保持一定值(K)。

定比定律

定比定律(Law of definite proportions)
國立高雄女中化學科陳文靜老師責任編輯

在化學上,定比定律,是指化合物不論其來源,其組成元素間質量比恆為定值。換句話說,它就是定組成定律。舉例來說,在任何的水樣本中氧佔了純淨水質量的8 / 9,而氫佔了水質量的1 / 9。 定比定律與倍比定律同為化學計量的基礎。定比定律和酸鹼當量定律、倍比定律是近代化學的三大基本定律,因這三個定律的發現而讓化學成為一門科學,在化學史上有很重要的意義。