【3】気体【化学解説】

この記事では、化学「気体」の解説をしていきます。

この項のポイントは以下の3つです。

ポイント

ボイルシャルルの法則
気体の状態方程式
混合気体の圧力

「気体」は、化学の3つめの章で、そろそろ化学に苦手意識を持ち始める人が出てきます。

重要な単元ですので、しっかり勉強していきましょう。

この単元をマスターすれば、気体が得意分野になり、苦手意識をもっている人とグンと差がつけられます！

なお、前の章はこちらから飛べます。

【2】物質の状態変化について【化学解説】

この記事では、化学「物質の状態変化について」の解説をしていきます。この項のポイントは以下の3つです。ポイント粒子の熱運動三態の変化とエネルギー気液平衡と蒸気圧「物質の状態変化について」は、化学の2つめの章ですが、まだま...

1 ボイルシャルルの法則
2 気体の状態方程式
3 混合気体の圧力
4 まとめ

ボイルシャルルの法則

この項目を勉強する意味は「気体分野の基本。でも、ボイルシャルルが使いこなせれば、気体分野のいろんな問題を解けるようになる」です。

勉強していきましょう。

ボイル・シャルルの法則

一定の気体の体積Vは圧力pに反比例し、絶対温度T（273+温度〔℃〕）に比例する。

pV = kT（kは定数）

また、圧力をp₂に保ったまま、温度をT₂にした時の体積をV₂とすると

(p₁V₁)/T₁ = (p₂V₂)/T₂

記号や式がいくつも出てきて分かりにくいですが、ポイントは以下の2つだけ。

ポイント

気体は温度を高くすると膨張する
気体にかける圧力を高くすると、縮小する

1番の例は、コンビニでパンを買った時、レンジで温めることを想像してください。

袋をちょっとだけ開けてレンジに入れますよね？

それは、密閉状態でレンジで加熱すると、中の空気が膨張して破裂しちゃうからなんです。

2番の例は簡単で、自転車の空気入れをグッと抑え込むとシリンダーが下がりますよね。

これは空気入れ内の空気に圧力をかけたため、空気が縮小したということ。

ボイルシャルルの法則は難しそうに見えて、当たり前のことを言っているだけなんですよ。

テッド

大げさな名前の法則だけど、恐るるに足りません！

気体の状態方程式

次に紹介するのは「気体の状態方程式」。

この項目を勉強する意味は「ボイルシャルル・状態方程式が使いこなせれば、気体分野は怖く無くなる」です。

勉強していきましょう！

気体の状態方程式

pV=nRT

p：圧力〔Pa〕

V：体積〔L〕

n：物質量〔mol〕

R：気体定数（8.31×10³Pa・L(mol・K)）

T：絶対温度〔K〕

気体の状態方程式は、ボイルシャルルの法則の定数kがnRになっただけ。

つまり、物質量がn〔mol〕の気体について、ボイルシャルルの法則を表したものです。

注意点はボイルシャルルの法則と同じだと思ってオーケー！

テッド

気体の問題中に「物質量」という文字が出てきたら、状態方程式を使う合図！

気体の状態方程式について、覚えておくポイントは以下3つ。

Check

気体定数Rは覚える必要はありません
モル質量 M〔g/mol〕（分子量）を求める問題もある
状態方程式をn = m / M（m：気体の質量）とすれば、モル質量が求められる

気体定数Rは問題文中に当てられるので、覚える必要はありません。

また、モル質量 M〔g/mol〕（分子量）を算出する問題も頻出。

分子量とモル質量は同じ値になるため、分子量を求めろと言われたら、モル質量を求めるのと同義だと思ってください。

下で、酸素分子を例に挙げて分子量＝モル質量となる理由を解説します。

分子量＝モル質量の理由

分子量の定義は¹²Cを12としたときの質量の比。
(酸素分子O₂の質量)：(¹²Cの質量)＝32：12 であり、O₂の分子量は 32となる。
比なので単位はない。

モル質量は、何かを１mol集めたときの質量。
O₂を１mol集めると、32gになるので、O₂のモル質量は 32g/mol となる。

ふたつは同じ値になるが、意味は違う！