標準状態の気体の体積は何故22.4L？？

質問

気体は標準状態で1molの体積が22.4Lと習いました。
気体の体積って分子の衝突エネルギーによる圧力によると書いてます。
水素と炭酸ガスでは大きさも質量も違います。運動エネルギーだって違うと思うんですけど～。なのに何故体積は同じなんですか？？
鉄は6000℃以上で気体になる聞いてますが、圧力が同じで6000℃の時、1molの鉄も1molの水素も同じ体積ですか？？
何か納得できないです。
教えてください。

回答No.5

So-rei

"標準状態"の気体の体積ではなく、"標準状態"の"理想気体"の体積です。
"理想気体"というのは、以下のような状態のことです。

「気体分子（原子）自身の体積、分子間力などの相互作用をともに0と考えた場合の仮想的な気体。」

このような状態であるため、中に入っているのがどの気体でも関係がありません。
1つ目の質問の回答は。「理想気体のため回避できます」ということになります。

また、"標準状態"とは一定の温度、一定の圧力の事であると定義されています。
(昔と今では一定の定義がやや異なるようですが)
2つ目の質問の回答は、「標準状態のため起こりえません。」

以上です。詳しく知りたければ、「標準状態」「理想気体」で教科書を探してみれば良いと思います。

回答No.4

kittenandcat

厳密にいえば、質問者様の言うとおり気体によって、標準状態の気体の体積は異なります。本来、気体の体積22.4Lとは気体分子が自由に動ける空間をしめしています。しかしながら、よくよくかんがえれば、気体分子は体積をもつはずですから、気体分子が自由に動ける空間は気体の分子の体積の分だけ少なくなるでしょう。気体の分子の体積は各気体によってことなりますから、各気体の標準状態の気体の体積は22.4Lになるわけではありません。そこで、分子の体積が一番小さい分子（確かＨｅ）の体積で標準状態で体積をはかった値22.4Lを採用したんです。（分子の体積が小さいほど、理論がくみたてやすくるから22.4Lを採用した。）もし自分でさらにかんがえたいなら、van der waals の式を検索してその式に代入してみれば、よいでしょう。
時間がないので、すみませんがこの辺で。

お礼

ありがとうございました。
納得できました。
体積が一番小さい分子はHeなんですね～。
知らなかった～。
新しいこと一つ知って嬉しいです。
ありがとう。

回答No.3

Zincer

高校物理及び中学数学程度にかなり割愛して説明しますと

辺の長さがａの立方体（つまり体積Ｖ＝ａ^3）を考える。
粒子（ここでは気体の原子あるいは分子）の質量ｍ、（平均）速度ｖとすると
内部にＮ個の粒子が存在する時の（運動）エネルギーの総和Ｅは
Ｅ∝Ｎ・ｍ・ｖ^2（一応注釈：Ｎ×ｍ×ｖの二乗）
ここまでは、すんなり理解できるよね。

1個の粒子が壁に加える力（←これが圧力の源）は
運動量変化×衝突頻度∝（ｍ・ｖ）×（ｖ／ａ）
＝ｍ・ｖ^2／ａ
これらＮ個の粒子が、1辺ａの平面に衝突して気体の圧力として測定されるから
単位面積（１／ａ^2）当りの力、つまり圧力Ｐは
Ｐ∝Ｎ×（ｍ・ｖ^2／ａ）×（１／ａ^2）
＝Ｎ・ｍ・ｖ^2／ａ^3＝Ｎ・ｍ・ｖ^2／Ｖ
ゆえに
Ｐ∝Ｅ／Ｖ
（あら不思議！。ｖとｍが消えちゃった）

絶対温度Ｔと（内部）エネルギーＥは比例するから（←ここがちょっと難しいかな？）
Ｅ∝Ｔ

つまり内部に存在する粒子の質量や速度に関係なく（理想）気体では
Ｐ∝Ｔ／Ｖ
と成るんですね。

お礼

ありがとうございました。
少し理解できました。

回答No.2

sak_sak

「気体の体積」という場合に、容器の体積と、気体分子そのものの体積とを混同しがちです。
分子そのものの体積は水素だろうが炭酸ガスだろうが鉄だろうが、通常の圧力では無視しうるほど
小さいものですから、大した違いは無いと考えられるのだと思います。

6000℃で水素分子が熱分解しないかどうか気になりますので答えられませんが、
1molのヘリウムならば鉄と同じになると思います。

お礼

ありがとうございました。
6000℃で水素分子が熱分解したら、水素分子はどうなるのですか～？？

回答No.1

Jodie0625

水素と炭酸ガスは分子の大きさが違いますが、同じエネルギーを両者に与えた場合、質量の小さい方がより速く運動し、その速度は質量に反比例します。つまり、質量＊速度の積は水素も炭酸ガスも変わらないということになります。

後半の質問も、納得いかないかもしれませんが同じ体積でしょう。

お礼

ありがとうございました。
何となく分かりました。
また、お願いします。