水を電気分解すると何故１:2の体積比に分解されるのか

水を電気分解すると酸素と水素が体積比1:2で電気分解されます。H20だから当たり前じゃないかと友人から言われましたが、酸素原子の方が水素原子より圧倒的に大きい筈です。

すると酸素原子の方がずっと体積があると思うのですが、実験の結果は友人の言う通りです。ここのところが釈然としていません。どなたか納得のいく説明をして下さると有り難いです。

No.6 ベストアンサー 回答者： fxq11011 回答日時： 2015/11/11 19:21

気体の分子は激しく振動しています（振動するのは気体に限りませんが）。

同じエネルギーでは、軽いほど振幅が大きく振動します。
重たいと、比較の上では振幅は小さくなります。
またこの振動は非常に高速のため、見かけ上は振動の幅が分子が占めている領域になります。
例えば、横の振動だけで考えると１ｍｍの水素が９ｍｍの幅で高速振動、占める幅は１０ｍｍ。
５ｍｍの酸素の場合、同じエネルギー（例温度）では５mm幅でしか振動できないと、占める幅は１０ｍｍ。
見かけ上の幅はどちらも１０ｍｍになります。
もちろん、上の例は厳密な計算ではありません。

この回答へのお礼

分子の運動できる空間が問題だったわけですね。私の疑問が氷解しました。どうも有り難うございます

お礼日時：2015/11/11 21:37

No.7 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/11/11 19:26

説明するのは簡単ではないのですが、アボガドロの法則というものがあります。

気体分子の分子間距離は、気体分子の大きさよりかなり大きいのですが、
気体では単位体積当たりの気体分子数は、気体の種類によらず、
温度のみで決まるとというのがアボガドロの法則です。

22.4 L に含まれる気体の分子数は、気体の種類によらず、概ね 6.02 x 10^23 個 です。

この法則は厳密には成り立ちませんが、概ね合ってます。

なぜそうなるのか、というのは簡単ではないので、熱力学と気体分子運動論を学んでください。

この回答へのお礼

アボガドロ数が鍵を握っているのはよく分かりました。熱力学とかそんなに深入りする積もりはないので止めておきます。

お礼日時：2015/11/11 21:38

No.5 回答者： 銀鱗 回答日時： 2015/11/11 13:55

重さと体積の違いを理解していないから、納得できないのでしょう。

気体分子の大きさは、同じ圧力下にあれば、どれも同じです。（アボガドロの法則）
ただし、気体の重さは異なる。（酸素の方が重いわけです）

この回答へのお礼

体積と重さは勘違いしていません。
アボガドロ数が鍵を握っているようですね。どうも有り難うございました。

お礼日時：2015/11/11 21:35

No.4 回答者： mojitto 回答日時： 2015/11/11 12:38

分子の体積と重さを一緒にしてしまっているからですね。

考え方としては密度の問題です。

水素の原子量は１、酸素の原子量は１６、分子式H2Oの水を電気分解すれば、酸素の重さは水素の８倍あることになります。

ところが気体の体積はそうではありません。
分子の数によるんです。
すると水を電気分解すると水素分子が２分子、酸素分子が１分子なので、体積は水素の方が２倍多くなります。

この回答へのお礼

体積と重さは混同してない積もりです。体積比で酸素分子の方が圧倒的に大きいのになぜ、水素分子が２倍になるのか不思議だったのです。

どうもご回答有り難うございました。

お礼日時：2015/11/11 21:33

No.3 回答者： asano_nagi 回答日時： 2015/11/11 12:18

これは、本気で考えるとかなり難しい話を含んでいます。

まず（既に回答でも触れられていますが）気体の状態では、「原子」ではなく「分子」の状態で存在しています。
分子の状態だからこそ、水分子100個が、水素分子(H2) 100個と、酸素分子（O2）50個に分解されるのです。

で、「アボガドロの法則」というのがあって、「圧力と温度が一定ななら、どんな気体でも、体積は含まれる分子数に比例する」という事になっています。
これは、実験的な事実からわかるわけですが、理屈で「なぜ、どんな気体でも？」と考えると、とっても難しい話になります。

まずは、
・気体は、分子で存在している
・アボガドロの法則から、「温度と圧力が一定なら、気体の体積は含まれる分子の数に比例する」
ということで、説明をしてみました。

この回答へのお礼

アボガドロ数ですか。そういえばそんなのも習った気がします。
本気で考えると確かに難しそうですね。

お礼日時：2015/11/11 21:30

No.2 回答者： Tacosan 回答日時： 2015/11/11 11:57

原子同士, あるいは分子同士を比較すれば確かに「酸素の方が水素より大きい」と言っていいでしょう.

ただし, 実際の「気体の体積」はそのほとんどが「分子と分子の間の空間」の大きさであって, 「分子自身の占める大きさ」というのはごくわずかしかありません. 実際に計算すると, 分子自身の体積は気体の体積のおよそ 0.01 % くらいということになります. 言い換えると, 気体の体積の 99.9 % 以上は「何もないただの空間」でしかありません.

この回答へのお礼

なるほど、気体の密度の問題だったのですね。
どうも有り難うございました。

お礼日時：2015/11/11 21:29

No.1 回答者： manno1966 回答日時： 2015/11/11 11:49

> 圧倒的に大きい筈です。

ココが間違っている。
ほぼ同じ大きさ。

何故「圧倒的に大きい筈」と思っているかを書けば、疑問解消に役立つと思われますので、補足してください。