オゾン濃度の変換

質問

成層圏におけるオゾンの濃度については、次の2つがあります。
(a)ppm単位で表示
例えば、 http://www.rgl.co.jp/ozhtml/feature.html
(b)分子/単位体積　で表示
例えば、 http://home.hiroshima-u.ac.jp/kyam/pages/results/atmosphere/taiki_0.pdf の4/10ページ。

(a)を(b)に変換するにはどうしたらよいのでしょうか。

回答No.4

teishia · ベストアンサー

そう言われると、私の勘違いかも知れません。
国立環境研究所、ILASで検索してみるとご希望のデータが得られそうです。
直リンクが気が引けたので、ILASのHPから探してみてください。

それによると、おっしゃるとおり数ppmのようです。基本的な考え方は合っているはずなのですが・・・・。何か逆に混乱させてしまったようで申し訳ありません。

お礼

お教えのサイトにかなりのデータがありますね。

たくさんお教えいただき有り難うございます。とても勉強させていただきました。また、確信が持てました。

有り難うございました。

回答No.3

teishia

「初心者」はご謙遜のようですね（笑。きちんと計算されていると思います。

私自身検算しておりませんが（手抜きですみません）、出てきた答えを見る限り大きく間違っていないと思います。

補足

御回答有り難うございます。

以前どこかで「高度20kmで2ppm」というデータを見た記憶があるのですが、12.2 ppmはかなり違うので少し不安です。

成層圏のオゾン濃度をppmで表したサイトをもし御存知でしたらお教えいただけないでしょうか。だいぶ探したのですが見つかりません。

回答No.2

teishia

こんばんは。

22.4とは0℃、1気圧（これを標準状態といいます）において、1molの気体が占める体積です（単位リットル）。つまり、どんな気体でもその条件では22.4Lの体積になるということです。

次に、1molのどんな物質でも6.02×10^23個の分子を含みます。これをアボガドロ数といい、ここではNで表します。ちょっとmolの概念がわかりにくいでしょうが、我慢してください。詳しくは、アボガドロの法則で調べてみてください。

以上からご質問者様の例を考えてみましょう。高度20kmの気圧と気温がちょっとわかりませんので、それは今は無視して標準状態だとします。
すると、ご質問のオゾンは
4×10^12/N　molになります。標準状態ですとこれに22.4をかければ、オゾンの体積が出ますね（単位はリットルです）。これだけのオゾンが1ml中にあるわけですから、あとは割合を計算すればppmで求めることができます。

気温と圧力が変わると、気体の体積は変化しますので、それにはボイル・シャルルの法則を当てはめてみてください。

補足

御回答ありがとうございます。

お教えにより次のように計算しましたが、これで合っているでしょうか。

Rを気体定数とすると、ボイルシャルルの法則により、
1,013hPa×22.4リットル＝1モル×R×273K
∴R=1,013hPa×22.4リットル÷1モル÷273K

高度20kmの温度、圧力の観測値を220K、10hPaとし、この温度、圧力で1モルのオゾンが占める体積をvリットルとすると、ボイルシャルルの法則により、
10hPa×vリットル＝1モル×R×220K
∴vリットル＝1モル×R×220K÷10hPa
＝1モル×1,013hPa×22.4リットル÷1モル÷273K×220K÷10hPa
＝1,828.6リットル

したがって、高度20kmでは1モルのオゾンの密度は6.02×10^23個/1,828.6リットル。

高度20kmのオゾン密度の観測値を4×10^12個/cm^3とし、これがx　ppmであるとすると、
（4×10^12個/cm^3）：x ppm＝（6.02×10^23個/1,828.6リットル）：10^6 ppm
∴x ppm＝（4×10^12個/cm^3）×10^6 ppm÷（6.02×10^23個/1,828.6リットル）
＝12.2 ppm

つまり、高度20kmにおけるオゾンの濃度は12.2 ppm

回答No.1

sanasha

次の式を利用して下さい。

　１ｍｇ／ｍ＾3　＝　２２．４／Ｍ　(ｐｐｍ)

　　　　　　　　　　　　　　Ｍ：気体の分子量

補足

すみません。
初心者で、全く分かりません。

(1)お教えの式の22.4て、ごく簡単に言って、何でしょうか。
(2)例えば、高度20kmでオゾンの分子数が4×10^12個/cm^3であった場合、どのように計算したらよいのでしょうか。