体積

質問

気体の体積とは何を表しているのでしょうか。
水素と理想気体では水素の方が少しだけ体積が大きいです。
これは水素が分子の大きさがあるためだと書いています。
これがわかりません。
気体の大きさが体積に影響するということがわかりません。
どなたか解説お願いします。

回答No.5

htms42 · ベストアンサー

＞水素と理想気体では水素の方が少しだけ体積が大きいです。

何のことを言っているのかの想像はつきます。
でもこの文章だけでは意味を持ちません。

＞よくよく考えてみたら、体積はその気体が入ってる容器で、体積が大きいか小さいかは温度や圧力に影響されますね・・・。

温度や圧力について何も言わずに体積が大きいとか小さいとか言っても意味がないのです。
水素の測定温度はいくらでしたか。
他の気体は何度での測定ですか。

Ｎ２について０℃、１００℃のグラフはありませんでしたか。
Ｈ２の－２００℃というようなグラフはありませんでしたか。

＞これは水素が分子の大きさがあるためだと書いています。

これはもう少し問題点を整理してからの話になります。
分子に大きさがあるのは水素だけではありません。
おかしいと思いませんか。
液体の水の体積が１ｍｏｌで１８ｃｍ^3になるというのは大きさがあるからだと考えることが出来ますね。どの気体も冷やして液体にすれば体積は決まります。密度も決まります。体積がゼロになる物質などありません。

どの分子にも大きさがあります。その大きさが気体の体積や圧力を考えるときに効いてくるのはどういう条件でだろうかという話です。

回答No.4

potachie

そうか、最も基本的なところを触れていませんでしたね。
気体はバネのように伸び縮みしますから、体積を測る時には、同じ圧力のもとで比べます。

>>気体の分子がすきまなくみっちり敷き詰められているのなら分子が一部はみだすのも理解できますが、気体ではそのようなイメージができません。

押し込むといくらでも入るのが理想気体ですが、そうすると圧力が上がってしまいます。
圧力って、一定時間に壁にぶつかる粒子の数のことです。
粒子の移動距離（先の例だと１０センチ）を縮めてしまうと、粒子が壁と壁にぶつかる距離が短くなって、その分、ぶつかる回数が増えてしまいます。
このため、同じ圧力で比べるってことは、気体粒子のお互いの中心距離は一緒の条件で比べないとダメなんです。

回答No.3

noname#116453

ご質問の例では同じ圧力のもとで比較した気体の体積について述べています。
そもそも気体による圧力というのは気体分子が容器の壁に衝突することによって発生します。すなわち、衝突が頻繁におこるほど、またその際の気体分子の速度が大きいほど圧力が高くなります。
気体分子の速度は温度に依存しますので、ここでは考えないことにしますが、気体分子が容器の壁に衝突する頻度は、容器が小さいほど高くなりますよね。つまり同数の分子であれば小さい容器に入れるほど、壁と分子の衝突が頻繁に起こりますので圧力が高くなります。つまり、気体の状態方程式においてPVが一定になるということです。

容器の壁に衝突する頻度は、容器内の気体分子が動き回れる空間の体積に反比例します。この『動き回れる空間の体積』というのがポイントであり、理想気体においてはきたい分子そのもの体積を０と考えるので容器の体積そのものと等しくなります。それに対して、実在分子では、分子そのものの大きさも考慮する必要があります。すなわち、容器内で気体分子そのものが占めている空間には他の分子は入り込めません。すなわち、『動き回れる空間の体積』というのは容器の体積から気体分子の存在のために入り込めない空間を差し引いたものということになります。これは厳密には気体の分子そのものの体積ではないのですが、その件は省略します。

すなわち、理想気体と水素分子を同じ容器に入れた場合、『動き回れる空間の体積』は水素の方がわずかに小さくなり、圧力が少しだけ高くなると考えられるということです。そのため同じ圧力にしようとすれば、水素の方の体積を少しだけ大きくする必要があるということです。

これが、『水素と理想気体では水素の方が少しだけ体積が大きいです。』ということの意味です。たしかにこの言い方は少々わかりにくいかもしれませんね。むしろ『水素の方が少しだけ圧力が高い』といった方が少しはわかりやすかったかもしれません。

回答No.2

potachie

カンタンな理解の方法を。

２つの点を１０センチの間隔で離して描いてください。その点と点は、何センチの距離に描くことができましたか？　１０センチの容器に入りますよね。（理想気体の質点の運動によって確保できる体積を仮に直線で表して１０センチってことにしましょう）

２つの半径１センチの円の中心を１０センチの間隔で離して描いてください。その円と円は何センチの距離に描くことができましたか？　何センチの容器なら入ります？
円１つ分大きな容器でないと入らないって分かります？
これが理由なんですが、理解できますでしょうか？

化学って（物理かもしれませんが）、頭の中で絵を描けるとかなり楽に理解できるようになりますよ。

補足

ありがとうございます。
考え方は理解できましたが、いろいろ疑問が尽きません。

気体の分子がすきまなくみっちり敷き詰められているのなら分子が一部はみだすのも理解できますが、気体ではそのようなイメージができません。

バカで申し訳ありませんが、汲み取っていただけたら幸いです。

回答No.1

potachie

？
「気体の大きさ」ではなく、「気体粒子の大きさ」ですね。水素の場合は分子ですが。

ちょっと違うかも。
理想気体は、分子を質点（体積を持たない質量のみの点）と考え、そして、最大の違いとして、分子間に働く引力、分子同士の衝突を考慮しないですむように考えたものです。
気体の体積は、非常に多数の質点がランダムな直線方向に飛び交い、壁にぶつかることでできています。壁にぶつかる力＝圧力（気圧）となります。

水素、ヘリウムは最も理想気体に近いモノです。分子間の力はほとんど働かず、飛び回っています。
下のＵＲＬの動画を見ておいてください。
白い空間が、気体の分子の運動で確保される空間です。
分子の運動で確保される空間の広さは同じですが、黒丸が大きいとその分、空間そのものがその分大きくなります。

なお、粒子の体積って何？というところまで疑問に思うのは、高校まで待ちましょう。

参考URL：

http://iwao-otsuka.com/lg/lghitokuchi1.htm

補足

全然高校生です・・・。
なんか恥ずかしいですが
>分子の運動で確保される空間の広さは同じですが、黒丸が大きいとその分、空間そのものがその分大きくなります。

よくよく考えてみたら、体積はその気体が入ってる容器で、体積が大きいか小さいかは温度や圧力に影響されますね・・・。

しかし分子自体の大きさがあればその分その空間そのものが大きくなるというのはよくわかりませんでした。