第８章：気体の性質（２）混合気体の圧力

こんにちは＜Frank＞です。

参考図書の例題では、混合気体中の気体の分圧や平均分子量を求める
問題等が登場しました。状態方程式が鍵を握っていたので、何度が復
習して解答しました。

少しずつですが化学の全体像が見えてきて、益々楽しくなりました。

１．混合気体の体積
混合気体の体積は、理想気体として扱う場合、すべての成分気体が同
じ容器内に存在し、同じ温度と圧力の下で全体の気体の体積を占める
と考えます。このとき、全体の体積は個々の成分気体の体積と一致し
ます。成分気体が占める体積は、成分気体のモル数に比例します。

２．混合気体の圧力（分圧と全圧）
混合気体の全圧（P_total）は、各成分気体の分圧（P_i）の合計に等しい
というドルトンの法則に基づきます。成分気体の分圧は、その気体が
混合物の中に存在する割合に依存し、以下の式で表されます。

𝑃_total = 𝑃1 + 𝑃2 + ⋯ + 𝑃𝑛

ここで、𝑃𝑖 は成分気体 i の分圧です。

３．水上置換と水の飽和蒸気圧
水上置換法では、水を置換して収集した気体の圧力は、その気体と水
蒸気の圧力の合計になります。水の飽和蒸気圧は、温度に依存し、水
が蒸発して生じる圧力です。気体の全圧から飽和蒸気圧を引いたもの
が、収集された気体の分圧になります。

𝑃_気体 = 𝑃_全圧 − 𝑃_{飽和蒸気圧}

４．液化（凝縮）しやすい気体と飽和蒸気圧
液化しやすい気体は、分子間力が強いため、低温や高圧で容易に液化
します。このため、飽和蒸気圧が低くなります。飽和蒸気圧は、その
気体が液体から気体に移る速さと同じ速さで、気体から液体に戻る状
態における平衡のときの気体の圧力です。

５．理想気体と実在気体
理想気体は、分子間力が無視でき、分子自身の体積も無視できるとい
う仮定のもとで振る舞います。この仮定のもとで、理想気体はボイル
の法則、シャルルの法則、及び理想気体の状態方程式に従います。し
かし、実在気体は分子間力と分子の体積があるため、理想気体の法則
に従わないことがあります。特に高圧や低温の条件では、実在気体の
振る舞いが顕著に理想気体と異なります。

参考までに＜理想気体と実在気体＞の英文による説明を付記しておき
ます。英語による理解度向上にお役立てください。

Ideal gases are hypothetical gases that perfectly follow the gas laws,
with no intermolecular forces and negligible molecular volume. Real
gases deviate from these laws, especially at high pressures and low
temperatures, due to intermolecular forces and the finite size of mol-
ecules.

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今日もご一読いただき、ありがとうございました。

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