気体濃度の表記法

質問

気体濃度の表記法

以前ppmが体積/体積で計算するのか重量/体積で計算するのか質問した者です。
例えば、一酸化炭素1gを1m^3の空気に混ぜたとき一酸化炭素が1m^3に
拡散してしまい体積/体積で計算すると100%=1000000ppmになって
しまわないでしょうか。
このような場合、分圧を使った方が物理化学的に意味があると
思うのですが。

体積/体積ppmも法令上認められているそうですが
どのように計算するのでしょうか。

回答No.3

htms42 · ベストアンサー

（１）濃度は混合物に対してしか意味を持ちません。
　　　しかし、濃度は直接混合状態から決まるのではありません。
　　　混ざった状態ではどうしようもないのです。混ざっていない状態を何らかの方法で参照しています。
　　　これは食塩水でも同じです。混ざった状態で食塩の質量を知ることはできません。
　　　「混ぜる前に測った食塩の量が混ぜるという操作によって変化しない」という性質を使っています。

（２）体積の割合での濃度の表現には屈折があります。
　　　混ざった後の状態であれば全体に広がってしまっていますから
　　　どの成分気体についても体積は同じです。
　　　混ぜる前の体積の割合で混ざった後の状態を表しているのです。
　　　１気圧、１Ｌの気体Ａと１気圧、４Ｌの気体Ｂを１つの容器に入れたとします。
　　　元の温度が共通だとすると混合気体の中での割合はＡ：Ｂ＝１：４です。
　　　元の体積の１Ｌ：４Ｌの比率で考えています。
　　　これが言えることの前提にはアボガドロの法則があります。
　　　体積比が物質量の比になっているということで「粒子数で表した濃度」になっています。
　　　本来の「濃度」という意味で言えばで粒子数で表すか質量で表すかのどちらかのはずです。

　　　物質量自体は測定できません。物質量に結びついている測定しやすい量で表しているのです。

（３）分圧も混合物でしか意味を持ちません。
　　　分圧は直接測定できる量ではありません。
　　　全圧は測定できます。しかし、分圧を知るためには何らかの分離操作が必要です。
　　　混ぜる前と混ぜた後での全圧の変化を調べることで分圧を知ることができます。
　　　これも分離操作と同じ意味が含まれています。
　　　混ぜる前の成分物質の物質量の比が分かっていると分圧は全圧から出すことができます。
　　　これは成分気体の分子が独立に運動するという仮定で成り立っていることです。
　　　理想気体の仮定と同じです。

（４）気体についての「体積％」は「粒子数％（モル％）」と同じ意味で使われていることになります。
　　　その意味では分圧で表すのも同じことです。
　　　気体は体積が一番測定しやすいですから体積に結びついた表現がされているのです。

（５）１ｇの一酸化炭素を１ｍ^3の空気に混ぜるという例で言うと
　　　今考えている温度、圧力で一酸化炭素１ｇの占める体積を出します。
　　　これで割合を出すことができます。
　　　（常温、常圧であれば０．８Ｌほどです。）
　　　（１ｇの気体を測り取るのと０．８Ｌの気体を測り取るのとでは、後者の方が容易です。）

お礼

やっとわかりました。
体積百万分率ではなく、圧力（分圧）百万分率で出せば、
いいのですね。体積が一定、１気圧の空気に
微量の一酸化炭素を加えても近似的に全圧は１気圧
になりますし、一酸化炭素の分圧は、重量と
分子量を使えば、状態方程式から計算できます。

補足

(1) 高校化学で、蒸留水の濃度というのを聞いたことがあります。
1L=1kg=1000/18=55.6mol/lになると思います。
[H2O]=55.6mol/l

また、溶質が塩化ナトリウムだけであれば、
溶液の一部を取り出して、水を全て取り除けば、
体積当たりの塩化ナトリウムの量は測定できると思います。
この操作は、溶液だからこそ行えるのであって
気体では、行えません。

(2) 私もそう思います。数密度を使わなければ意味がないと思います。

(3) それでは、一酸化炭素の検知器の原理はどうなっているのでしょうか。

(4) 理想気体の状態方程式がpv=nRTですから
p=1atm,T=300Kと仮定しても24.6倍も違っています。
何故、わざわざ、一酸化炭素を例に出しているかといいますと
中毒濃度のppmの表の見方を知りたいからです。
自殺目的などではありませんから、
ご安心ください。

(5) 実在気体では、窒素分子、酸素分子と一酸化炭素分子の
相互作用があってこう単純にはならないと思います。

屁理屈を言っているようで申し訳ありません。

回答No.2

gohtraw

体積％というのは
・混合気体を作るときに使用したある成分の体積
・混合気体中のある成分を全て分離して集めた場合の体積（そんなことができるかどうかは別にして）
が全体に対してどのくらいかということです。従って拡散したからといって１００ｖｏｌ％にはなりません。また、ある成分の分圧を全圧で割り、１００倍すれば体積％です。

１ｇの一酸化炭素は１／２８＊２２、４＝０．８Ｌ（０℃、１気圧）ですから、これを同じ温度、圧力のもとで１ｍ３に希釈すれば０．０８ｖｏｌ％です。

お礼

＞混合気体中のある成分を全て分離して集めた場合の体積（そんなことができるかどうかは別にして
実験的にしか求められないということですね。

＞ある成分の分圧を全圧で割り、１００倍すれば体積％です。
よく分かりました。ありがとうございまず。

＞１ｇの一酸化炭素は１／２８＊２２、４＝０．８Ｌ（０℃、１気圧）ですから、これを同じ温度、圧力のもとで１ｍ３に希釈すれば０．０８ｖｏｌ％です。
他の気体（例えば、酸素）を加えれば、圧力が変わってしまうため濃度が変わりますね。

回答No.1

debukuro

＞例えば、一酸化炭素1gを1m^3の空気に混ぜたとき一酸化炭素が1m^3に
拡散してしまい体積/体積で計算すると100%=1000000ppmになって
しまわないでしょうか

本当にそうなりますか？
一酸化炭素が１００％ということはその空間が一酸化炭素で満たされているということですよ
１グラムの一酸化炭素が空気中に拡散すると一酸化炭素の含有率が１００％になるという根拠は何ですか

どのように計算するのか
計算をする必要はありません
空気に試料を混合します
検出器で検出します
試験器の示度をを混合比率で目盛るのです
混合率５０％の時の示度を５０％に目盛ればいいのです

補足

私が言いたいのは、一酸化炭素が何グラムでも、
真空中に（例えばですが）入れると100%の
濃度になってしまうということです。
容器の体積がどんなに大きくても100%です。
変だと思いませんか。

ここに、他の気体を加えても、
体積当たりの一酸化炭素の量は
変わらないと思います。
温度が同じであれば、圧力は
上がるとは思いますが。

また、現在実験は不可能なので、
理論的に計算するしかありません。