希薄な気体では、飽和な気体より体積が大きくなるのはなぜですか?
ご教授よろしくお願いいたします。

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体積」に関するQ&A: 体積の比較について

A 回答 (6件)

#1&4です。



なるほど…。
#5様の回答は素晴らしいのですが、質問者様の場合はどうも日本語の問題かと感じました…

「希薄な気体の場合、物質量nが小さくなり、体積Vが大きくなるのでaとbの寄与は小さくなる」

私はこの文の意味を、

「希薄な気体について考える場合、物質量nを小さくする、もしくは体積Vを大きくすると希薄な状態に近づくと考えられるので、その時aとbの寄与は小さくなる」

と取りました。

このへんの意味の取り方ではないかと思いますが…


しかし実際、「希薄な気体」は標準状態の気体と比べると、
物質量が一定なら、圧力が低くて体積が大きいですよね。
理想気体の状態方程式からも明らかです。

この回答への補足

何度も回答ありがとうございます。

確かに回答者様のような
「物質量nを小さくする、もしくは体積Vを大きくすると」
という文章の意味の取り方なら納得できます。

ただ、元々の解説の、
「物質量nが小さくなり、体積Vが大きくなるので」
という表現はおかしいですよね?
「nが小さくなる → Vが大きくなる」?

#3様の回答にもありますように、nを変えてしまったら、Vは比べられないと思うのですが・・

確かに考えていたら、何だか日本語の問題かなと感じてきました。

補足日時:2009/05/21 03:45
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状態方程式の性質、適合性をみようとしている中での話ですね。


P、V、Tを変えて考えます。その時に物質量nは変化させません。
n=1で議論しても構わないはずです。
(P-a/V^2)(V-b)=RT
なまじnの入った式を使っているので混乱しているのです。

>解説には「希薄な気体の場合、物質量nが小さくなり、体積Vが大きくなるのでaとbの寄与は小さくなる」とありました。

「希薄にする」というのは圧力を小さくするということです。nを小さくするということではありません。体積が大きくなります。(P-a/V^2)~P 、(V-b)~Vになります。P→0でPV=RTになります。
P=0の近くでz=PV/RTの値の1からのずれをみる時はPまたは1/Vで展開します。ビリアル展開といいます。
z=1から上にずれる場合も下にずれる場合もあります。
下にずれている気体でも温度を上げると上にずれるようになります。
下にずれていた等温線が下にずれるように変わる境目の温度はボイル温度と呼ばれています。ボイル温度をa、bで表すとa/Rbです。

この回答への補足

回答ありがとうございます。

解説にnを小さくするとあったので、それにとらわれて、
混乱していました。
nが一定なら希薄な気体では圧力が小さくなり体積は大きく大きくなりますね。

補足日時:2009/05/21 03:52
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#1です。



先ほどは、あまり深く考えずに回答したので、仕切りなおしの補足要求です。

濃度の高い気体というのも気持ち悪いので、
飽和な気体=密度の高い気体、でよろしいですか?

さて、
希薄な気体は圧力が低く、密度が高い気体は圧力が高いわけですが、
そもそも、圧力や分子数、温度の前提条件がないのに気体の体積を比較するのは無理ですよ。
一定体積の希薄な気体があって、それよりちょっと大きな容器にちょっと多めに気体を詰めれば体積は希薄な気体より大きいですし、
これを圧縮すれば、小さくなります。

ということでこの質問は、
圧力を上げると理想気体が示すであろう値より、体積が大きい方向にずれるのはなぜか?
という意味なのかなと思いますが、どうでしょう?

この回答への補足

補足ありがとうございます。

私の方も、質問の仕方が不十分ですみません。

この質問をしたのは、
ファンデルワールスの状態方程式(P+a・n^2/V^2)(V-n・b)=nRT
p:気体の圧力
V:1molあたりの体積
R:気体定数
T:絶対温度
n:気体nmol
a/V^2:分子間引力
b:体積に関するファンデルワールス定数

で希薄な気体の場合、aとbの寄与はどうなるかという問題について理解できなかったため質問させていただきました。

解説には「希薄な気体の場合、物質量nが小さくなり、体積Vが大きくなるのでaとbの寄与は小さくなる」とありました。
希薄なら理想気体に近づくのでaとbの寄与が小さくなるのは理解できるのですが、解説の「希薄な気体の場合、体積Vが大きくなる」というのが、どうも理解できません。おそらく分子間力が関係しているのだとは思うのですが、分かりません。

だらだらと長い文章すみません。
ご教授よろしくお願いいたします。

補足日時:2009/05/19 21:13
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気体の量、すなわち気体分子の数が一定であるとすれば、希薄な(気体分子がまばらに存在する)気体の方が、高濃度の(気体分子が密に存在する)気体の方が体積が多くなるのは自明だと思います。



たとえば、100人の人がいて、100平方メートルにひとりという、人のまばらな状態にしたければ10000平方メートル(広い面積)が必要ですし、1平方メートルにひとりという人の密な状態にしたければ100平方メートル(狭い面積)ですみます。それと同じことです。

あなたの場合には、気体を構成している分子の量(数)に対する意識が希薄なために混乱しているのではないですか。
希薄な気体と、密な気体の体積を比較するのに、それぞれの中に含まれている分子の数が異なっていたら比較できませんよね。つまり、何が一定、あるいは共通であるかを意識する必要があります。
ちなみに、気体の分子そのものの体積は温度と無関係です。

この回答への補足

回答ありがとうございます。

回答者様のおっしゃるとおり、物質量を変えて考えてしまっていたため混同してしまいました。

補足日時:2009/05/21 03:49
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>飽和な気体


通常はこう言いません。濃度の高い、圧力の高い…などです。
でも希薄な気体を体積が自由に変わる事との出来る容器に入れると縮んでしまいます。

この回答への補足

回答ありがとうございます。

飽和な気体という表現は不適切でした。飽和は溶液に対して使う言葉でした。ご指摘ありがとうございます。
濃度の高いものに比べてということで考えています。

>希薄な気体を容器に入れると縮む
縮むということは、体積が小さくなっているということですか?
大きくなったら膨張すると思うのですが・・
なんだか考えると分からなくなってきました。。

補足日時:2009/05/19 19:34
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分子間力の影響が小さくなるからです。

この回答への補足

回答ありがとうございます。

分子間力が小さくなったら、お互いに引き合わなくなるので体積は大きくなると考えてしますのですが、なぜ小さくなるのでしょう?

確かに分子間力が小さくなるとは思うのですが、、、

もしよろしければご教授よろしくお願いします。

補足日時:2009/05/19 19:38
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