化学Ⅱ›物質の状態と溶液

気体の性質

Gas Laws

気体分子はどう振る舞うか?
💡 例え:卓球玉でいっぱいの部屋
①気体分子 = 飛び回る卓球玉
②温度↑ → 玉が速く飛ぶ → 壁に強くぶつかる
③圧力 = 玉が壁にぶつかる力の合計
④部屋(体積)が狭い → 同じ時間でぶつかる回数↑ → 圧力↑
⑤玉(mol)が多い → ぶつかる頻度↑ → 圧力↑
理想気体法則の可視化
1 atm
27 °C
理想気体の状態方程式
PV = nRT
P:圧力[atm]、V:体積[L]、n:モル数、R = 0.0821、T:絶対温度[K]
🔍 2つのスライダーを操作!
①P↑ → V↓(ボイル法則:T一定でPV一定)
②T↑ → V↑(シャルル法則:P一定でV/T一定)
③PV図の等温線は反比例の曲線
④赤い点が現在の状態
3法則の統合 → 理想気体の状態方程式
ボイルの法則
P₁V₁ = P₂V₂ (T, n一定)
温度固定 → 圧力と体積は反比例
シャルルの法則
V1T1 = V2T2 (P, n一定)
圧力固定 → 体積と絶対温度は比例
アボガドロの法則
V1n1 = V2n2 (P, T一定)
同条件で同体積の気体は同数の分子
💡 なぜ3法則が一つに統合されるか?
①ボイル:PとVは反比例(風船を押すと縮む)
②シャルル:VとTは比例(熱気球は加熱すると膨らむ)
③アボガドロ:Vとnは比例(空気を入れれば風船が大きく)
④3関係を統合 → PV = nRT(理想気体)
⑤Tは絶対温度(K)を必須:K = °C + 273
混合気体と分圧
ドルトンの分圧法則
Ptotal = P₁ + P₂ + P₃ + ⋯
各気体が独立に寄与する圧力の和
モル分率と分圧
Pi = xi × Ptotal = nintotal × Ptotal
モル分率 × 全圧 = その気体の分圧
💡 実際の気体はなぜ違うか?
①'理想気体' = 分子間相互作用なし+分子自身の体積無視
②高P·低Tでは実気体は理想気体から外れる
③理由:分子間引力·分子自身の体積
④STP(0°C, 1atm)で1 mol理想気体 = 22.4 L
総まとめ
理想気体の状態方程式
PV = nRT
R = 0.0821 L·atm/(mol·K) = 8.314 J/(mol·K)
🎯 試験ポイント
①PV = nRT — 最重要(Rの2値を暗記)
②ボイル:PV一定、シャルル:V/T一定
③Tは絶対温度(K):K = °C + 273
④ドルトンの分圧:P_total = P₁ + P₂ + ...
⑤STP(0°C, 1atm)で1 mol気体 = 22.4 L