標準状態の液体や気体の変換方法を教えてください。

質問

標準状態にある液体を気体に（その逆も）変換するときの計算方法を教えてください。ネットで検索すると色々な式が出ているのですが、どの単位で数値を入れればよいか等の基本的なことからわかりません。
お手数ですが、計算方法と素人でもかなり基礎的なところから勉強できるようなサイト等を教えてください。
かなりの素人なのでできるだけわかりやすい言葉で書かれているところがあればありがたいです。
よろしくお願いいたします。

回答No.2

koz7291 · ベストアンサー

No.1さんがすでに回答されていますが、補足的に。
　気体の状態方程式
PV = nRT
が基本ですが、単位は場合によって違うものが使われます。
　最も汎用性のある単位は、SI(国際単位系、“SI”はフランス語での頭文字です)に定められている単位です。
圧力：Pa(パスカル)
　　　Pa = N m^(-2)(ニュートン毎平方メートル))
　　　　 = J m^(-3)(ジュール毎立方メートル)
体積：m^3(立方メートル)
です。しかし、圧力と体積は、しばしば次の単位で表されます。SI単位との関係式をその下に記します。
圧力：atm(気圧)
　　　1 atm = 1.01325×10^5 Pa
体積：L(リットル)
　　　1 L = 10^(-3) m^3
物質量の単位はmol(モル)、温度(絶対温度、熱力学温度)の単位はK(ケルビン)です。セルシウス温度との関係は、次の通りです。
絶対温度/K = セルシウス温度/℃ + 273.15
たとえば、0 ℃を絶対温度に直すには、
絶対温度/K = 0 + 273.15 = 273.15　∴絶対温度 = 273.15 K
となります。高校の範囲では、よく273 Kと省略して使われます。
　標準状態(0 ℃、1 atm)での1 molの理想気体の体積は、
約22.4141 L
です。No.1さんのご回答のように、よく22.4 Lと略して使われます。
　気体定数Rは、使う単位によって数値が異なります。SI単位を使うと、
R = 8.314510 J K^(-1) mol^(-1)　(ジュール毎ケルビン毎モル)
となります。8.314と覚えておけばよいでしょう。単位の換算の際に、
J = N・m(ニュートン・メートル) = Pa・m^3(パスカル・立方メートル)
の関係が必要になります。
　単位atm、Lを使うと、気体定数は
R = 0.082057 atm L K^(-1) mol^(-1) (気圧・リットル毎ケルビン毎モル)
となります。私は高校でこちらを習いました。値は0.08206か0.0821と覚えておけばよいでしょう。
　それから、PV = nRTを次のように変換して使う場合があります。
　両辺をVで割って、P = (n/V)RTとし、モル濃度cの定義式c=n/Vを代入して、
P = cRT　…(1)
としたりします。式(1)は、濃度平衡定数と圧平衡定数の間の変換を行う際に使ったりします。
　また、物質量nと質量m、モル質量M(無名数の原子量、分子量、式量に単位g/molをつけたもの)の間の関係
n=m/M
を代入して、
PV = (m/M)RT
これを変形して
PM = (m/V)RT
ここに、密度ρの定義式ρ=m/Vを代入して、
PM = ρRT　…(2)
と変形し、この式(2)を使ったりします。
　全部の式を覚える必要はありません。必要最小限の関係式と定数の値、そして単位の間の関係を覚え、上のように式の代入、文字の消去をして、式を自在に変形できるようになっておきましょう(そして計算間違いのないように)。

お礼

丁寧なご回答ありがとうございます。
わかりやすくそれぞれの意味が書いてあるので
参考になりました。
どのような時にしようできるかもご教授いただき
助かりました。

回答No.3

inara

>標準状態にある液体を気体に変換するとき
液体と気体のどういう物理量を互いに変換するのですか？
液体と気体間の物性の変化なら相変化の話となりますが、同じ物理量同士の比較なら単位は変わりません（値は変わりますが）。私は伝熱デバイスのエンジニアですが、熱物性がらみでだけも、液体と気体の物性には、密度、粘性係数、比熱、熱伝導率などいろいろありますが、これらは温度や圧力に依存するので、どういう環境で気相から液相に変わったかで話が変わってきますし、その物質が水であるのかエタノールなのかでも値は当然違います。具体的にどういう物質の何を何に変換したいのでしょうか。

回答No.1

noname#160321

標準状態での関係式
ＰＶ=ｎＲＴ
だけ覚えて下さい
Ｐ圧力、Ｖ体積、ｎモル数、Ｒ気体定数、Ｔ絶対温度
単位が変わっても1気圧1モル２７３Ｋ（０℃）で２２．４ＬでRが計算できます。
液体は水が代表的なので１ｍＬ=１ｇ（重いものも軽いものもそう外れない）
密度が分ればもっと正確に重量＝密度×体積
で計算できます。
これが基本で、全てです。

お礼

ご回答ありがとうございます。
やはり、基本は状態方程式なのですね。
同意板方向で勉強をすればよいかなんとなく
ですがわかりました。