化学について質問です 気体粒子が激しく動くと温度が高くなります その時、粒子の数は減るのでしょうか？

化学について質問です
気体粒子が激しく動くと温度が高くなります
その時、粒子の数は減るのでしょうか？ このグラフは運動エネルギーが大きくなると気体粒子の数は減っていくことがわかります。
何故ですか？

No.3 ベストアンサー 回答者： psa29 回答日時： 2021/07/08 14:48

>面積が全体の粒子数で、

はいそうです。

＞運動エネルギーが大きいほど各々の運転エネルギーに差ができるから
＞横に開くようなグラフになるといことですか？

このグラフは、ボルツマン分布と呼ばれるもので、数学的に
詳しく知りたい場合は、ボルツマン分布というキーワードで
調べれば良いと思います。
ただし、今の段階で数式を理解するのが難しいかもしれません。

運動エネルギーにマイナスはありません。
必ず正の値です。
温度をどんどん冷やしていくと運動エネルギーの大きな粒子の数は
減っていきます。
でも、最低値が０ですから、分布は狭くなります。

気体の中の粒子は、お互いに衝突しながら運動エネルギーを
交換しています。
ある一つの粒子に着目すると、一定温度した下、永久に同じ
運動エネルギーとなっている訳ではありません。
正面衝突したり、側面から衝突したりランダムです。

結局、1000℃の気体は、質問者さんが添付した図のグラフのように
分布していて、このように運動エネルギーが分布している気体を
温度計で測定すると1000℃という値を示すのです。

＞このグラフわかりづらいですが、縦軸の粒子数というのは例えば、
＞2000度の粒子でこれくらいの運動エネルギーなら粒子の数は
＞これくらいだよって感じですかね？

一つ一つの粒子の運動エネルギーを意識して、この粒子は何℃、
こっちの粒子は何℃というふうに考えてはいけません。

温度計で気体の温度を測定して、2000℃だったとすると、
温度計には運動エネルギーの小さな粒子が衝突したり、
運動エネルギーの大きな粒子が衝突したりして揺らいでいます。
結果として、2000℃の分布に従ったものがどんどん衝突し
揺らぎの結果（平均）として、2000℃という測定値となるのです。

＞2000度の粒子でこれくらいの運動エネルギーなら粒子の数は
＞これくらいだよって感じですかね？

2000℃の気体ならば、その気体を形成している粒子の
運動エネルギーは、この図のように分布しているということを
示しています。
2000℃の粒子？という表現には違和感を感じます。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2021/07/08 09:41

＞気体粒子が激しく動くと温度が高くなります

まず、発想というか考え方が逆です。
「温度」の実態が「分子の運動エネルギー」であることを理解していますか？

＞その時、粒子の数は減るのでしょうか？ このグラフは運動エネルギーが大きくなると気体粒子の数は減っていくことがわかります。

減りません。
グラフでも減ってはいません。「分布のしかた」が変わっているだけで、トータルの数は変わっていません。
グラフでいえば、「横軸とグラフとで囲まれた面積は一定」になっているはずです。それが「いろいろな運動エネルギーをもった粒子の総数」に相当します。
一般に、平均値が大きくなればなるほど、その「ばらつき」も大きくなります。ランダムな（デタラメな）事象が従うとされる「正規分布」にはそういう特性があります。

そういう「ものの見方」や「裏に何が働いてそう見えるのか」ということを「想像」できるようにならないと「科学」を理解するのは難しいかもしれませんね。

No.1 回答者： psa29 回答日時： 2021/07/08 09:18

例えば、質量１gの気体を加熱したり、冷却して温度を変化させても、

質量に変化はありません。
温度変化により、1g中に存在する分子（粒子）の数も変化しません。
1g中に存在する分子（粒子）の数は膨大で、膨大な分子（粒子）が
全て同じ運動エネルギーを持っているわけではなく、運動エネルギーの
小さなものや大きなものが混在し、分布をしています。
その分布を表したものが、質問者さんが提示したグラフです。
温度上昇によって、分布のピークの運動エネルギーが、どんどん高くなって
いきます。
そして、このグラフの面積がその気体全体の粒子数となり、面積は
温度変化によらず一定となります。
2000℃においても、運動エネルギーが低い粒子が存在し、
高温になるほど分布が広がっているのが分かります。
高温には上限がありませんが、低温には下限が存在するからでしょうね。

この回答へのお礼

面積が全体の粒子数で、運動エネルギーが大きいほど各々の運転エネルギーに差ができるから横に開くようなグラフになるといことですか？

このグラフわかりづらいですが、縦軸の粒子数というのは例えば、2000度の粒子でこれくらいの運動エネルギーなら粒子の数はこれくらいだよって感じですかね？

お礼日時：2021/07/08 09:27