高校化学 理想気体について

質問

高校化学　理想気体について

http://www7a.biglobe.ne.jp/~dn_labo/chem/04_shizuokakennritsu_m.pdf

静岡県立大学の理想気体の入試問題で、問３（４）の解答がe
となる理由がわかりません。

理想気体のPv/nRTと圧力Ｐに関するグラフはよくあるですが、
理想気体のPv/nRTと絶対温度Ｔに関するグラフで悩んでいます。

水素（沸点ー２５３℃　標準状態１モルの体積２２．４２４リットル）の
pv/nRT(Y軸)、T（Ｘ軸）のグラフについて。

絶対温度が下がると、水素のpv/nRTは、分母が減少し、単調減少後に理想気体１．００
に近づく気がします。

なぜ、1.00より下の状態から、単調増加後に１．００に近づくのでしょうか・・・。

回答No.1

Saturn5

ＰＶ／ｎＲＴの値は理想気体では常に１．０になりますが、
実在気体ではやや異なった値になります。
(1)分子間力のため、Ｖが小さくなる
(2)分子の排除体積のためＶが大きくなる
の２種類の理由があり、どちらも分子が接近したときに影響が大きく
なりますので、分子量が大きい気体で低温・高圧の場合は
ＰＶ／ｎＲＴが１から大きくずれることになります。
図１の左側でＰＶ／ｎＲＴが１よりも小さいのは(1)の影響ですが、
Ｈ２は分子量が小さいのであまり分子間力の影響は受けません。
また右側で全てＰＶ／ｎＲＴが大きくなるのは高圧で、分子間の
スキマが無くなり、(2)の影響が大きくなるのでＰＶ／ｎＲＴが
大きくなっていくのです。

＞絶対温度が下がると、水素のpv/nRTは、分母が減少し、単調減少後に
＞理想気体１．００に近づく．．．
理想気体ではＴが小さくなると比例してＶも小さくなりますから、
ＰＶ／ｎＲＴの値は変わりません。実在気体では、Ｔが小さくなると
分子間が接近するため、分子間力が大きくなり(1)の理由でＶはＴに
比例した値（理論値）よりも更に小さくなります。逆に高温にすると、
分子間が離れるため、分子間力と排除体積は無視できるようになり、
どんな気体でもＰＶ／ｎＲＴは１に近づきます。

水素は沸点が－２５３℃、二酸化炭素は－７８℃なので、それ以下の
温度では液化によりＶが急激に小さくなります。図２のグラフの
左側が急に小さくなっているのはそれが原因で、そのポイントがＨ２は
左側（－２５３℃）に、ＣＯ２はやや右側（－７８℃）にあるのです。
ここから温度を上げていくと分子間が離れるため、ＰＶ／ｎＲｔが１に
近づいていきますが、Ｈ２の場合は０℃の体積が理想気体よりも大きい
ので、最終的なＰＶ／ｎＲＴは１よりも少し大きくなります。ＣＯ２は
０℃の体積が理想気体よりも少し小さいので、最終的なＰＶ／ｎＲＴは
１よりも少し小さくなります。