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気体について（2009.07.07）

●気体は最も分子の熱運動が激しく、分子間の間隔が大きくなり、分子が自由に不規則で活発な運動を行っている状態のものである。
●理想気体は状態方程式（ｐＶ＝ｎＲＴ）に従う。

図１　理想気体の圧力と体積と温度の関係

解説：
　物体の熱運動の様子により、固体、液体、気体という形態（相といいます）が、気体は最も分子の熱運動が激しく、分子間の間隔が大きくなり、分子が自由に不規則で活発な運動を行っている状態のものです。

　気体には下記の法則があります。これらの気体の性質は、気体の分子の熱運動から説明できます。例えば、気体の圧力は熱運動している分子の衝突によって生じています。

シャルルの法則：
　一定量の気体の体積は、一定圧力のもとで温度が１度Ｃ上下すると、０度Ｃのときの体積の１／２７３づつ増減する。

　つまり、気体の分子が熱をもらい、温度が高くなると四方八方に動く動きが活発になり、体積が増えるということです。逆に、温度が低くなると四方八方に動く動きが弱まり、体積が減ります。
　ここで、分子の大きさが０、液化や固化をしない、という理想的な気体（理想気体）を考えると、－２７３度Ｃ（より正確には－２７３．１５度Ｃ）で体積が０（分子の動きがなくなる）になります。体積０以下はありえませんから、結局、－２７３．１５度Ｃが一番低い温度（つまり絶対零度）ということになります。

ボイルの法則：
　一定量の気体の体積は、一定温度のもとで圧力と体積は反比例する。

ボイル・シャルルの法則：
　上記の二つの性質を一つにまとめて統合したのが、下記のボイル・シャルルの法則です。

　　ｐＶ／Ｔ＝一定　（ｐ：圧力、Ｖ：体積、Ｔ：絶対温度）

理想気体の状態方程式：
　上記のボイル・シャルルの式を発展させ、同温、同圧、同体積中の気体の分子の数は気体の種類に関係なく同じであるというアボガドロの法則も考慮した理想気体の状態を表す式が下式です。

　　ｐＶ＝ｎＲＴ

　ｎ：モル数
　Ｒ：気体定数（＝8.31J/(mol・K)）

江音留義（えね　るぎ）博士の脱線話：
　理想気体の状態方程式に出てきモル数のことじゃが、これは、原子・分子・イオンなどの粒子の約6.02×10²³個の集まりを１モル（mol）ということにしておるのじゃよ。この約6.02×10²³／molをアボガドロ定数というのじゃ。１２個で１ダースというのと同じじゃのう。

　ここで、なぜ6.02×10²³という中途半端な数字が決められたのかというと、アボガドロ定数は「質量数12の炭素の同位体^１２Ｃの12g中に含まれる炭素原子の数」と決められたからなのじゃ。

　なぜ、そう決めたかというとじゃな、このモル（mol）という単位を使うと、１モル（mol）の物質の質量はその物質の原子量、分子量などにグラム（g）を付けた値になるという便利なものになるからじゃよ。

　つまり、例えばアルミニウムの原子量は26.98なので、アルミニウム１モル（mol）（つまり、アルミニウムの原子の数が6.02×10²³個）の質量は26.98ｇになる、ということになり、なにかと便利じゃろう？

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