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気体のmol体積って 何故22.4Lなんですか?

yuuux22さん

2010/10/623:46:49

気体のmol体積って
何故22.4Lなんですか?


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siegrhuiさん

2010/10/816:43:06

PV=nRTという気体の状態方程式という公式があります。
P:圧力[Pa]
V:体積[L]
n:物質量[mol]
T:絶対温度[K]

Rは気体定数という決まった定数で、Pの単位によって換算ができる。
現在の教育課程で使われているのはPaなので
R=8.3×10^3 [Pa・L/K・mol]
(※圧力を[atm]で計算すると、R=0.082[atm・L/K・mol]になる)

この公式に、標準状態を代入する
圧力P=1.013×10^5[Pa]
物質量n=1mol
R=8.3×10^3 [Pa・L/K・mol]
T=273[K] (絶対温度は、摂氏温度と273ずつずれている。0℃=273K)
体積Vがわからない。

よって、1.013×10^(5)×V=1×8.3×10^(3)×273
V=(8.3×10^(3)×273)/(1.013×10^5)=22.368となるので、約22.4Lになる。

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2010/10/705:55:09

標準状態に於いて 1mol の気体の体積は その種類に関係なく 22.4L ですね

1mol とは その中に 気体分子が 6.0*10^23 個 存在します

水素分子(H2=2)のように 小さな分子 は 猛スピードで 運動しています

酸素分子(O2=32)では 水素分子に比べると 重いので その運動スピードは 小さくなっています

塩素分子(Cl2=71)では さらに その運動スピードは 小さくなっています

今、重さのない 自由に伸び縮みする巨大なビニール袋に 上記気体を 種類ごとに入れてみましょう

水素は軽いですが 猛スピードで ビニール壁に衝突して 押し広げてゆきます ビニールの外からの力(1 atm ) と つり合うまで 押し広げます その体積が 22.4L

塩素は重いので ゆっくりと運動しています 同じようにビニール壁に衝突して 押し広げてゆきます 一回の衝突の力は 水素の力を十分上回っています

水素の壁への衝突回数は動きが活発なので多く 塩素の壁への衝突回数はゆっくり運動しているので少ない しかし、重さの違いがあるので 6.0*10^23という分子全体が ビニール壁に与える力の総和は 等しくなります

したがって 気体の種類に関係なく 標準状態では 22.4L を
示すことになります

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