【理論化学】蒸発と沸騰の違い・気体の状態方程式はこうやってできた・理想気体とはを簡単に解説!高校化学選択をしている受験生や高校生は必見!

理論化学の解説(蒸発と沸騰の違い・気体の状態方程式はこうやってできた・理想気体とは)

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化学科を卒業して予備校講師(模擬試験作成)をしていた予備校講師の休日です。化学を放置すると忘れていくので、備忘録代わりに受験生にも役立つ高校化学の情報をまとめておこうと思い、この記事を作成しました!できれば、勉強法のTwitter(こっちがメイン)もフォローしてもらえると嬉しい^^勉強関連やTOEIC関連でこうやったら勉強できるなど気づいたことをどんどんツイートしていますので!化学関連の解説記事一覧・目次はコチラから。

高校化学を選択している受験生や中間・期末で内容理解したい高校生を、また化学科の大学1年生を読者層だと考えて、Twitterで普段つぶやいている内容をより細かくこの記事で解説しております。受験生用にシス単の語源や覚えやすい連想できる話を記事にしましたのでこちらもどうぞ。シス単や英検2級やセンター試験に出てくる英単語の語源や関連する内容を見るだけで覚えられるようにまとめた単語力アップ保存版!【高校生・受験生必見!】

蒸発と沸騰の違い

Twitterの原文ママ

蒸発と沸騰は全然違うから!蒸発は水面からね!沸騰は内部からも起こる。沸点は外圧と水の飽和蒸気圧が等しくなった温度だけど、普段常温でも内部から蒸発しようとはしてるんだよ。ただ、外圧(大気圧)に押さえつけられて沸騰できずにいるわけだ。

解説コメント

蒸発は液体の表面で起きる現象で、沸騰は液体の内部からも起こる現象。これが大きな違いだわ。例えば水をコップに入れて太陽光を当てると、水面に存在してる水分子はエネルギーをもつ。そして、「もうおれは液体として存在するよりも気体となって飛び回りたい。」となる。これが蒸発。厳密にいうと、あのボルツマン分布のようにコップの中にいる水分子は色んな水分子が存在する。エネルギーの高い水分子とエネルギーの低い水分子。エネルギーの低い水分子は「えっ、休日はネットフリックス見て、、、Youtube見てる…。」って感じでコップの中でじっとしている。一方、エネルギーの高い水分子は「週末はカラオケ行って〜!パーティー行ってインスタでうんたらかんたら」みたいなやつはコップに留まることなく大空へ羽ばたく。(空気中に気体として存在するようになる。)

常温でもコップの水の表面だけでなく内部からも沸騰しようとする動きはある。がしかし、大気圧(厳密には外圧)に押されて内部にできた水蒸気の泡はつぶされる。そして、水に戻る。

だから、沸点っていうのは大気圧と水の飽和蒸気圧が等しくなった温度なんだわ。水蒸気の泡が大気圧に対抗できるようになった温度ってわけ。外圧を下げると沸点が下がるというのも納得でしょ?富士山の頂上は外圧が低いので、水蒸気の圧力(飽和蒸気圧)が低くても外圧に対抗できる。そして、外に「ぼこっ」と泡が出てこられる。この話を初めて聞いた時、感動して卒倒した。

気体の状態方程式はこうやってできた

Twitterの原文ママ

気体の状態方程式は❶ボイルの法則PV=kとシャルルの法則V/T=k’でボイルシャルルの法則完成❷標準状態で1molだと何でも22.4Lだわ。❶❷より、273,1.013×10^5,22.4を代入したらRが8.31が出てきたわって感じでできた式。

解説コメント

ボイル「Tが一定だと、PV=kやわ!」

シャルル「Pが一定だと、V/T=k’やわ!」

合わせたら『PV/T=k”』やな!ということでボイルシャルルの法則完成。

ある体積は圧力に反比例して温度に比例する。平たく言えば、温めたら空気って膨張するし、風船にぎゅって力を入れたら風船小さくなるわなっていう法則。

そして、年月が経ち、「標準状態(0℃、1.013×10^5 Pa)条件下では何を測っても原子でも分子でも1molやと22.4Lやんけ汗」ということに気づき、恐る恐るPV/T=k”に科学者が代入する…

1.013×10^5×22.4/273=8.31…

おぉぉぉ!!!気体定数やん!!!

っていうのは高尚なボケで。まあ、何を入れても8.31になるなと気づいてこれを気体定数としたわけだ。

単位はR=8.314×10^3〔Pa・L/K・(mol)〕です。

理想気体とは?

Twitterの原文ママ

理想気体とは❶分子自身の体積がない気体❷分子間力がない気体のこと。こんな気体ねぇよ!だから理想気体なの。現実はややこしいからね。ややこしいことを排除して考えようっていう理想の気体。理想気体だとPV=nRTで済むからね。世の中そんな甘くない。

解説コメント

理想気体とは

  • 分子自身の体積がない気体
  • 分子間力がない気体

のこと。こんな気体ないでしょ!?ないよそりゃあ。ないから理想気体。現実は分子にも体積はあるし分子間力もある。

理想気体においては0℃から1℃ずつどんどん温度を下げていくと体積が(0℃のときの)1/273ずつ小さくなっていくのな。-273℃になったらどうなる?

体積は0になるわな。絶対零度における世の中のあらゆる気体の体積は0になる。まあ実際問題-273℃まで下げたら分子間力でどんどんくっついて固体状態になるのが関の山。でも理想気体では気体の温度を下げていくと、理論上-273℃(絶対零度)で体積は0になる。

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ABOUTこの記事をかいた人

ニシジマ

ゆとり世代ど真ん中に爆誕。円周率は3だと信じて疑わない。大学卒業後,予備校で勤務しており,化学を担当。主な業務は,模擬試験作成と入試解説の執筆。大学時代の専攻は物理化学であるが,難解すぎて意味があまりわからない。