気体の体積の定義を教えてください

質問

ここに何モルかの酸素があるとします。
これを１ｍ＾３の部屋に空ければ１ｍ＾３ですし、この部屋を広げて１００ｍ＾３にすれば酸素の体積も１００ｍ＾３になります。
これが高校時代から不思議でなりませんでした。

つい最近私が考えたのは気体の体積は“分子が移動できる範囲”ではないかと考えました。
そうすると等量の気体分子をある部屋に放したとき、その部屋が小さいほど気体がある時間中に壁にぶつかる回数がおおくなり、大きいほど回数が小さくなる＝回数は気体分子が壁に及ぼす圧力。
↓
つまりボイルの法則と合致します。
しかしそうすると理想気体は２２．４Ｌというものの測定方法がわからなくなってしまいます(部屋の体積により変化するので。)

ちなみにもしこの考えがあっていれば固体はどうでもよいとして(すいません、なんとなくわかるので)液体は分子の自由度により体積が決まっているのかと思います。
でもこれもやはりおかしく、これをすると水の体積は山などを登るにつれ多くならなくてはなりません。気体になる前に液体の状態で。
これは山を登る＝外圧力が減る＝分子の自由度が増える＝分子の移動範囲が増えるためです。
これにさらにエネルギーを加えることにより気体とはできるものではないかとかんがえています。

回答No.2

htms42 · ベストアンサー

固体は形が決まっています。
液体と気体は形が決まりません。
流れますから入れ物が必要です。

液体はふたのない容器でも形が決まります。
流れても体積は変わりません。成分粒子の間に引力（分子の場合は分子間力）が働いていて一定の距離以上離れることが出来ないからです。

気体は成分粒子が互いに独立に運動することが出来ます。距離も自由に変えることが出来ます。気体粒子は自由に運動していますからどの方向にも広がっていきます。フタのある容器が必要です。気体の体積はその気体の入っている入れ物の体積（容積）でしか決まりません。

気体の成分粒子の運動をある範囲に制限しようとすると容器を外部から押さえ込む必要があります。この時必要な力から内部の気体の圧力を知ることが出来ます。

＞でもこれもやはりおかしく、これをすると水の体積は山などを登るにつれ多くならなくてはなりません

気体は成分粒子の間の隙間が大きいですから外部からの力を変えると体積を変えることができます。体積の変化が簡単に起こります。
液体は成分粒子がほとんどくっつき合う状態になっています。
流れても距離の変化はほとんど起こりません。
それでも温度を変えると体積が変わります。温度を変えて体積が変わるのであれば圧力を変えても体積が変わります。
圧縮率という量を調べてもらえばどの程度変化するかがわかります。
高い山に上がった場合、圧力は変わります。でもいくら変わっても１気圧以下です。体積の変化は小さ過ぎて分かりません。
（水に余分に１気圧かけたとしても体積の減少は１０億分の５ぐらいです。２０℃での値です。）

回答No.5

ohkinu1972

気体の体積の定義は、その量の気体分子が、指定された温度、圧力の条件で、
占める体積です。
箱で考えるなら、指定された温度で詰め込んだ際に指定された圧力になる
箱の大きさと言えます。

もっとも分子の移動範囲という考え方でも間違ってはいないと思います。
理想気体の22.4Lは0℃、1気圧で1モルの理想気体が占める体積です。
0℃で1モルの空気をつめて、移動範囲(部屋の大きさ)を調整すると、
部屋の大きさが22.4Lの時、1気圧になるということです。

液体の場合は固体が自由に変形できると考えたほうがいいと思います。

回答No.4

a731217

こんにちは。

ご質問者様は「圧力」と「温度」を都合のよい部分だけ
外して考えられたので勘違いをされたのだと思います。

22.4Lというのは圧力も温度も決められた条件の下でのものです。
したがって「部屋を広げる」と圧力は下がります。
エネルギー保存の法則により広げられたら温度も一定ではないですよね。

「温度」「圧力」が決まらないと「体積」の決めようがないのでは
ないでしょうか？

回答No.3

noname#100814

＞しかしそうすると理想気体は２２．４Ｌというものの測定方法がわからなくなってしまいます(部屋の体積により変化するので。）

　部屋の体積により変化するのは気体の体積だけではありません。
　ご存知の通り、２２．４Ｌという体積は１molの気体が０℃、１気圧の状態に置かれたときのものですよね。
　仮にその２２．４Ｌの気体を体積が２２４Ｌの部屋に入れたとすると、
体積が１０倍になるので圧力は０．１気圧となり、
断熱膨張であれば気温も下がって、
標準状態ではなくなってしまいます。
　逆に言えば、１molの気体が初めにどんな体積になっていても０℃、１気圧にしてやれば、
収縮するか膨張するかして、２２．４Ｌになるのです。

回答No.1

パんだ パンだ（@Josquin）

「気体の体積は“分子が移動できる範囲”」
正しいです。
実在気体では、厳密には分子自体の体積も考える必要があります。

「理想気体は２２．４Ｌ」
摂氏０℃、１気圧での値です。

「水の体積は山などを登るにつれ多くならなくてはなりません」
水の体積もごくわずかに大きくなっているはずです。