基礎的な物理学
主要項目
■ 物質の状態変化
■ 気体の性質
■ 熱とその移動
■ 湿度
■ 電気と静電気
主要項目
■ 物質の状態変化
■ 気体の性質
■ 熱とその移動
■ 湿度
■ 電気と静電気
■ 気体の性質
臨界温度と臨界圧力
気体は、その気体固有の温度以下に冷却し、圧力を加えることで液化することができる。
このときの気体固有の温度を臨界温度といい、この臨界温度以上の温度では、いくら圧力を増加させても液化しない。
また、臨界温度で液化するための最小の圧力を臨界圧力といい、温度を臨界温度よりも低くすれば、臨界圧力よりも低い圧力で液化することができる。
気体は、その気体固有の温度以下に冷却し、圧力を加えることで液化することができる。
このときの気体固有の温度を臨界温度といい、この臨界温度以上の温度では、いくら圧力を増加させても液化しない。
また、臨界温度で液化するための最小の圧力を臨界圧力といい、温度を臨界温度よりも低くすれば、臨界圧力よりも低い圧力で液化することができる。
ポイント!
ここでは、数式に紛らわされがちですが、気体に関して、体積、温度、圧力の関係について理解しておきましょう。
ボイルの法則
温度が一定の場合、一定質量の気体の体積は圧力に反比例する。これをボイルの法則という。
気体の圧力をP、体積をVとすると、
PV=k(kは一定)
という関係式で表される。
ある温度において、圧力P1、体積V1である気体を、圧力P2にしたとき、体積がV2になった場合、次の式が成立する。
P1V1=P2V2
ここでは、数式に紛らわされがちですが、気体に関して、体積、温度、圧力の関係について理解しておきましょう。
ボイルの法則
温度が一定の場合、一定質量の気体の体積は圧力に反比例する。これをボイルの法則という。
気体の圧力をP、体積をVとすると、
PV=k(kは一定)
という関係式で表される。
ある温度において、圧力P1、体積V1である気体を、圧力P2にしたとき、体積がV2になった場合、次の式が成立する。
P1V1=P2V2
シャルルの法則
圧力が一定の場合、気体の体積は絶対温度の上昇につれ増加し、その体積は絶対温度の変化に比例する。これをシャルルの法則という。
すなわち、気体の体積をV、絶対温度をTとすると、
V/T=k(kは一定)
という関係式で表される。
ある圧力において、体積V1、絶対温度T1である気体を、体積V2にしたとき、絶対温度T2になった場合、次の式が成立する。
V1/T1=V2/T2
V1/T1=V2/T2
一定体積の全ての気体は一定圧力のもとでは、温度が1℃(=1K)上昇(下降)するごとに0℃のときの体積の 約273分の1 ずつ膨張(又は収縮)する。
ボイル・シャルルの法則
ボイルの法則、シャルルの法則から、一定質量の気体の体積は、圧力に反比例し、絶対温度に比例する。
これを ボイル・シャルルの法則 という。
気体の圧力をP、体積をV、絶対温度をTとすると、
PV/T= R(Rは定数)
という関係式で表される。
このことから、温度T1(K)、圧力P1(気圧)、体積V1(L)であった気体を温度T2(K)、圧力P2(気圧)にしたとき、体積がV2(L)になった場合、次の式が成立する。
P1V1/T1=P2V2/T2(=一定)
また、ボイル・シャルルの法則に正確に従う気体を理想気体という。
<補足説明>(甲種を受験される方へ)
理想気体:
ボイル・シャルルの法則は、理想的な気体においてしか成り立ちません。
分子に大きさが無く、分子間力も無いことを条件とした気体のことを理想気体といいます。
特に断らない限り、気体は理想気体として扱います。
これに対して、現実の気体は、分子に大きさがあり、分子間力があるため、ボイル・シャルルの法則は厳密には成り立ちません。
このような気体を実在気体といいます。
PV/T= R(Rは定数)
という関係式で表される。
このことから、温度T1(K)、圧力P1(気圧)、体積V1(L)であった気体を温度T2(K)、圧力P2(気圧)にしたとき、体積がV2(L)になった場合、次の式が成立する。
P1V1/T1=P2V2/T2(=一定)
また、ボイル・シャルルの法則に正確に従う気体を理想気体という。
<補足説明>(甲種を受験される方へ)
理想気体:
ボイル・シャルルの法則は、理想的な気体においてしか成り立ちません。
分子に大きさが無く、分子間力も無いことを条件とした気体のことを理想気体といいます。
特に断らない限り、気体は理想気体として扱います。
これに対して、現実の気体は、分子に大きさがあり、分子間力があるため、ボイル・シャルルの法則は厳密には成り立ちません。
このような気体を実在気体といいます。
アボガドロの法則
同じ温度、同じ圧力の場合、同一体積の中に含まれる気体分子の数は気体の種類によらず、
全て同である。これをアボガドロの法則という。
また、全て気体1モルは標準状態(0℃、1気圧)で約22.4Lの体積を占め、その中には
6.02×10の23乗個
の気体分子を含んでおり、この個数のことをアボガドロ数という。
同じ温度、同じ圧力の場合、同一体積の中に含まれる気体分子の数は気体の種類によらず、
全て同である。これをアボガドロの法則という。
また、全て気体1モルは標準状態(0℃、1気圧)で約22.4Lの体積を占め、その中には
6.02×10の23乗個
の気体分子を含んでおり、この個数のことをアボガドロ数という。
ドルトンの法則
混合気体の全圧は、各成分気体の圧力の和に等しい。
混合気体が示す圧力を全圧Pとし、成分気体A、B、・・・の各分圧をPA,
PB,・・・とすると
P=PA+PB+・・・
の関係があるが、これをドルトンの法則又は分圧の法則という。
★ 次のような問題が出題されます。★
気体の体積、温度、圧力の関係について理解しておきましょう。
気体の性質に関しては、次のような形で出題されることがあります。
【問題】
「すべての気体は同温同圧のもとでは同体積内に同じ数の分子を含む」という法則があるが、この法則は次のうちどれか。
(1)倍数比例の法則
(2)気体反応の法則
(3)定比例の法則
(4)質量保存の法則(質量不変の法則)
(5)アボガドロの法則
【解答】
(5)
【解説】
(1)倍数比例の法則
同じ2つの元素が化合して、2種以上の化合物をつくるとき、一方の元素の一定量と化合する他の元素の質量の比は、簡単な整数の比になる。
(2)気体反応の法則
気体同士が反応し、またその生成物が気体であるとき、それらの気体の体積比は同温同圧のもとでは簡単な整数比が成り立つ。
(3)定比例の法則
あるひとつの化合物の中で化合している元素の質量の比は一定である。
(4)質量保存の法則(質量不変の法則)
物質間に化学変化が起こる場合、その化学変化の前後における物質の質量の総和は一定である。
(5)アボガドロの法則
全ての気体は同温同圧のもとでは、同体積内に同じ数の分子を含む。また、全ての気体1molは標準状態(0℃、1気圧)で約22.4リットルの体積を占め、その中に6.02×10の23乗個(アボガドロ定数という)の気体分子を含む。