気体の膨張率は気体の種類で違うのか？

質問

気体の膨張率は気体の種類で違うのか？との質問ですが、１度温度が下がる毎に、絶対零度に近づき、1/273.15づつ体積が小さくなるのだから、全て気体の膨張及び、縮小率は同じと私は思います。しかし私が説明しても職場の人は？？違うといいます。

　私が間違っているのでしょうか？
　皆さご教授を宜しくお願いいたします。

回答No.5

ht1914 · ベストアンサー

質問されている方がどういう場面でこの話をされたかが分かりません。どういう職場かも分かりません。気体の膨張率の話が出るというというのはどういう職場なんでしょう。。これが分からないと答えようがありません。
私は単に話がかみ合っていないだけのように思います。どちらが正しいとか間違っているとかの話ではないと思います。職場の方達が質問者様の話の何処に納得が行かなくて引っかかったのか解きほぐす必要があります。正しいことを言っているから分からない方がおかしいという立場だと相手のこだわりが分かりません。
解答されている方は理想気体の話をされています。でも気体の状態方程式は皆知っているというレベルの場面ではないと思います。だから理想気体を持ち出す必要のないところに問題があったのではないかなと思っています。普通の職場で理想気体と実在気体の食い違いが問題になる事があるでしょうか。

シャルルの法則は１８世紀の後半（１７８７）です。
内容は２つあると思います。
（１）「種々の気体は同じ膨張係数を持つ」
（２）「膨張係数の値は１／２７３である」

（１）の方が（２）よりも測定しやすい内容だと思います。同じ割合で増加するというのは証明しやすいです。この割合が気体ごとにバラバラな値ではなくてほぼ同じになるというのは新しい法則の発見として受け止められたと思います。有効数字４桁とか５桁の話ではありません。２桁から３桁あれば充分です。

温度測定がはいってくると難しくなります。２７３を出すのでもかなり難しいです。３００が出ればまあ成功でしょう。
２７３．１５という現在の絶対零度の値を出して法則を押し付けると反発が来ます。何でそんなに細かいところまで言えるんや？となります。有効数字５桁で成り立つという事は無理です。これになると基準系としての理想気体という考えが必要になってきます。

でも法則というのはそこまでの数値の精度がいつも求められているものでしょうか。
ある出来事の結果を幅１割の範囲で予想出来るということがあったとします。これは普通の意味で言うと凄いことです。１％の範囲で予測できるというと普通は神業です。でもそれが出来るというのが法則です。
確かさの表現として「十中八九」とか「九分九厘」とかがあります。うえの１０％、１％に対応します。有効数字で２桁から３桁の精度です。

普通の気体で普通の温度、圧力の近くで用いる限り、ボイルの法則もシャルルの法則も充分この精度で当てはまります。常温で気体の物質を加熱していくとき（此処で冷やすを持ち出すといけません）にシャルルの法則は有効です。圧力も１０気圧程度までだったらかなり安心して使えます。ボンベに加圧して入れるなんて事を想定する必要はありません。よく「温度が高いとき」とか「」圧力が低いとき」とかの注が載ります。でも実用的に用いるとき「どれくらい温度が高蹴ればいいのか」、「どれくらい圧力が低ければいいのか」の目安を与えている本は少ないです。こういう事を曖昧に聞かされると「役に立たないことを教えられている、こんな事やっても仕方がない」と投げ出してしまう生徒が出てきます。

気体の法則ですから気体である範囲でしか使えないという前提は必要です。だから「高温とは気体が液体になる温度に比べて」ということになります。「１気圧は低圧だ」と考えてよいでしょう。

ボイルの法則に比べてシャルルの法則の方が馴染みにくいです。「圧力が２倍になれば体積が半分」という表現に比べて上に書いた法則（１）（２）の内容は難しいです。「温度を２倍にすれば・・・」だったら楽なんですが「絶対温度を２倍にすれば・・・」ですからちょっとハードルがあります。
でも「ピストンの付いた容器に気体が入っている。室温から何℃くらいまで加熱すると体積が２倍になるか。１００℃、１５０℃、・・・と５０℃刻みの値で答えよ。」だと答えやすいのではないでしょうか。

回答No.4

anthracene

質問者さんは理想気体が念頭にあって、そのようにお考えになっているわけですね。
実在気体についても高校で習っているはずなのですが。

アルゴンやヘリウムなどの気体は、理想気体に近い振る舞いをします。
つまり、質問者さんの考えているのに近い挙動をします。
しかし、あくまで近いのであって、厳密に見れば異なりますが。

一方で、アンモニアなど、分子間に相互作用が強く働く気体では、挙動は理想気体とは異なります。

理想気体からのずれは、NO.1さんがお答えになっているように、希薄なガス（低圧）または高温で小さくなります。
逆に、濃厚なガス（高圧）または低温でずれが大きくなります。
理由は、いずれも高校化学に書いてありますが、分子間の相互作用が無視できなくなるためです。

回答No.3

oo14

理想気体はそうですが、気体によって面白い動きをします。温度、圧力等で途中でその収縮率の傾向が反転するものもあります。いろんなガスの圧縮係数とかその類を調べてみてください。変化がわずかだったら、誤差レベルですんでしまいますけどね。御質問のレベルだと職場の方がいわれるのが正解でしょう。

回答No.2

noname#21330

気体は全てについて、
pV=nRTが成り立ちます。
つまり重さの要素が入っておりません。
膨張、縮小はVですので、すべて一緒です。

回答No.1

alpha123

希薄な気体であればおっしゃるとおりです。
ここが固体、液体と気体の性質の違いです。

実感的には高圧でボンベに詰めたもの（プロパンガスなど）思い浮かべるので、納得しにくいです。

補足

ありがとうございました。高圧ガスと１気圧の気体とでは、気体の種類で膨張率が違うとの回答でいいのですか？