アボガドロの法則と気体の状態方程式

アボガドロの法則

アボガドロの法則は《気体の種類に関係なく、同一温度、同一圧力下では同じ体積中に同じ数の分子を含む》というものです

 

ヘリウムガスと二酸化炭素ガスで風船を膨らませることを考えてみましょう。

それぞれのガスで別々の風船を同じ大きさまで膨らませます。

すると、風船の中に存在するヘリウム分子(希ガスなので正確には原子)の数と、二酸化炭素分子の数は同じだけあるということです。

 

また、0℃(273K)、1気圧(1atm)の条件下で風船を22.4 Lまで膨らませると、風船の中に存在する分子数は6.02×10²³個存在しています。

この6.02×10²³という数字(単位なし)のことをアボガドロ定数と呼びます。

 

また分子が6.02×10²³個集めたときの質量は分子量にグラム(g)をつけた値となります。

このとき、分子が6.02×10²³個ある、というのは一々面倒ですよね、そのため6.02×10²³個を1 molとして化学の世界では扱います。

 

つまり、分子が1 mol集まったときの重量は分子量gとなるわけです。

ちなみにヘリウムは分子量が４ですので、22.4 Lに膨らんだ風船の中身は4 gです。

しかし、二酸化炭素で22.4 Lに膨らんだ風船は分子量が44ですので、中身が44 gとなります。

そうすると、ヘリウムが入った風船は空気より軽いため空へと飛んでいきますが、二酸化炭素の入った風船は下に落ちていきます。

気体の状態方程式

ボイル・シャルルの法則やアボガドロの法則をまとめたものが気体の状態方程式です。

ボイル・シャルルの法則を含んでいますので、成り立つのは理想気体の場合です。

テストでは十分に希薄な気体のように表現されると説明しましたね。

ではどんな方程式か確認してみましょう。

計算式に出てくるRは気体定数と呼ばれます。これは8.314という値です。円周率が3.14とか√2が1.414のように覚えてしまいましょう。