空気組成成分の割合と気圧について

密閉容器の中で、窒素・酸素・二酸化炭素の量の割合を変えると、中の気圧も変化するのでしょうか。

『気圧＝空気の質量』と考えて間違いないでしょうか。

ご教示よろしくお願い致します。

No.1 回答者： nattocurry 回答日時： 2009/05/13 16:40

おいくつの方でしょうか？

というのも、まだ習っていないところなのか、今まさに習っているところなのか、それとも大人になって昔習ったことを思い出そうとしているのかで、答え方が変わると思うんですけど・・・

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PV=nRT
という式は知っていますか？
これを変形すると、
P=nTR/V
となります。
窒素・酸素・二酸化炭素の量の割合を変えると、どの値が変化しますか？

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気圧の単位は何ですか？
空気の質量の単位は何ですか？

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
お礼が大変遅くなり失礼いたしました。

バリバリの文系路線で学習していたため、理数系授業は必須科目しか受講せず、しかもその授業時間は受験科目の自習に当てていた、という過去が災いしての質問投稿です。
（物理の期末試験で、我がクラスは平均点「0.3点」を記録し担当教師を本気で泣かせました）

NO.2の方のご回答も参考に、以下のように理解致しました。

体積は変えずに、酸素・窒素・二酸化炭素の割合を変えた場合、
例えば窒素の割合を増やせば重量の総和が減るので気圧は低くなり、
二酸化炭素の割合を増やせば重量の総和が増えるので気圧は高くなる。

もし間違っていましたら、
小学校低学年程度の知識レベルだと思ってご回答いただけると助かります。
（『空気の質量の単位？ …モル？モルって何？ウィキペディアを読んでも理解できない』といったレベルです）

お礼日時：2009/05/28 15:26

No.2 回答者： ohkinu1972 回答日時： 2009/05/16 04:06

大気圧が地球を覆っている大気層の重さによっていると言うことと、

容器内の圧力と混同されていると思われます。
これらは基本的に関係ありません。
したがって密閉容器において「気圧=空気の質量」と考えるのは誤りです。

実際問題としてどのように割合を変えるかで答えは変わってきます。
例えば、詰め込むガスの体積の総和が等しい場合は、
圧力は変わりません。
一方詰め込むガスの質量の総和が等しい場合は異なります。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
お礼が大変遅くなり失礼いたしました。

ご指摘の通り質問が言葉足らずでした。
密閉容器は同じものを使い、圧縮などは行わず、つまり体積は変えない、温度も同じという条件です。
なお、No1の方へのお礼にも書きましたが、知識レベルが非常に低いため、質量＝重量という意味で質問を書いてしまいました。

上記のような条件で、酸素・窒素・二酸化炭素の割合のみを変えた場合ですが、例えば
窒素の割合を増やせば重さの総和が減るので気圧は低くなり、
二酸化炭素の割合を増やせば重さの総和が増えるので気圧は高くなる、
と理解いたしました。

間違っていましたら、再度ご教示いただけると幸いです。

お礼日時：2009/05/28 15:38

No.3 ベストアンサー 回答者： ohkinu1972 回答日時： 2009/05/29 23:36

No2でも書きましたが、ガスの質量(重さ)と気圧は関係ありません。

具体的にどうなるか極端な例をあげますと、
3リットルの容器に、窒素、酸素、二酸化炭素を
それぞれ1リットルづつつめた場合と、
窒素、酸素、二酸化炭素のどれか1つを
3リットルつめた場合で圧力は同じです。

一方、3リットルの容器に、窒素、酸素、二酸化炭素を
それぞれ1kgづつつめた場合と、
窒素、酸素、二酸化炭素のどれか1つを
3kgつめた場合は圧力は異なります。
最も圧力が高くなるのは、窒素で、
次いで酸素、二酸化炭素の順となります。
割合でやっても同様の結果になります。

もしよろしければ、
どういういきさつでこの疑問がわいてきたかを
補足にでも書いていただけませんでしょうか？
もっと分かりやすい説明ができるかもしれません。

この回答への補足

ご返答、誠にありがとうございます。
お恥ずかしながら、疑問が生じたきっかけは子供（小学生６年生）に「地球の二酸化炭素が増えたら気圧も変わるの？」と、質問されたことに始まります。
おぼつかない知識ながら「空気の総量は変わらないから気圧も変わらないんじゃない？」と返答すると「空気が重くなっても変わらないの？気圧って空気の重さでしょ？」と突っ込まれ、疑問が生じました。
そこで「密閉容器の中で窒素・酸素・二酸化炭素の割合を変えたら気圧は変化するのか？」と質問した次第です。

>窒素、酸素、二酸化炭素のどれか1つを3kgつめた場合は圧力は異なります。
>最も圧力が高くなるのは、窒素で、次いで酸素、二酸化炭素の順となります。割合でやっても同様の結果になります。

『気圧＝重さ』ではないことは分かりました。
無知な質問で申し訳ありませんが、なぜ窒素が最も圧力が高くなるのでしょうか。
私の知識で思いつけるのは「え？重さに反比例？」程度です。

ご解説のほど、何卒よろしくお願い致します。

補足日時：2009/05/30 13:50

No.4 回答者： ohkinu1972 回答日時： 2009/05/31 23:51

窒素が一番圧力が上がるのは、同一の重量で体積がもっとも大きいからで、

重さに反比例と考えていただいてもよいかと思います。

ちなみに地球の二酸化炭素が増えていけば、大気圧は上がると思います。
最初の回答にも書きましたが、大気圧は地球を覆っている
大気層の重さによっています。

実は容器の天井と底ではガスの重さのために、厳密には圧力が違います。
通常このような議論をガスでする場合はそれは無視できるとしています。
しかし、容器の高さが10kmとかものすごく大きい場合は無視できません。
その場合底の圧力は二酸化炭素が多いほうが高くなりますが、
これは圧力が高いというよりも天井と底の圧力の差が大きくなる、
ということになります。

この回答への補足

ご返答、誠にありがとうございます。
すみません、なんだか余計に混乱してきてしまいました(^^;
自分なりに整理してみました。以下の解釈で合っていますでしょうか。

●地球の大気圧の場合は、二酸化炭素の量が増える（＝割合が増える）と大気の重さが増すので気圧は上がる。ただしこれは「地上」でのことで、地球全体の大気層の圧力を平均したら、値は変わらない。

●密閉容器の場合も同じで、二酸化炭素の割合が増えれば重量が増した分「底部」の圧力は増すが「上部」の圧力は下がるので、理論的には差し引きされ全体的な気圧は変わらない。容器が小さければ高低さも小さいため影響力はないに等しい。

●密閉容器の中の気圧が空気の組成成分の割合で変化するのは、重さではなく「体積」による。容器の体積（容量）同じでも、中に詰め込む気体の総体積を増やす（すなわち圧縮）すれば気圧は上がる。
総体積が変わらないのであれば、酸素・二酸化炭素・窒素の割合を変えても中の圧力は変わらない。

ということでしょうか…。（何度もすみません）

補足日時：2009/06/01 16:20

No.5 回答者： ohkinu1972 回答日時： 2009/06/03 00:19

整理されたとおりの理解で良いかと思いますが、

やはりちょっと混乱させてしまいましたか。

地球の大気中の二酸化炭素の話であれば、
これまでの話と違う話をしなければならなくなり
混乱させてしまうかとも考えましたが、
間違えて理解されてはいけませんので
あえて”ちなみに”以下を追加しました。

でも、ちゃんと理解をしていただけたようですので安心しました。