化学

気体はすべて粒(つぶ)で考えよー「分圧の法則」を理系ライターがわかりやすく解説

2種類以上の気体が同時に存在する時の法則「分圧の法則」。各気体の圧力を合計すると、混合気体の全体の圧力になるというもの。例えば、窒素の圧力が8Paで、酸素の圧力が2Paならその混合気体の圧力は10Pa。

実はこの法則、気体を「粒」、厚六を「粒にぶつかる衝撃」と考えると、ぐっとイメージしやすくなる。真空装置を扱った経験のある理系ライターのR175と解説していきます。

ライター/R175

関西のとある理系国立大出身。エンジニアの経験があり、身近な現象と理科の教科書の内容をむずびつけるのが趣味。教科書の内容をかみ砕いて説明していく。

1.気体の正体

image by iStockphoto

そもそも「気体」とはどのようなものでしょうか。

身近な気体として、酸素を例に見てみましょう。空気中に約20%含まれていて、私たち人間を含む好気性生物(酸素を使って代謝を行う生物)にとって欠かせない存在。

そんな酸素を拡大してみてみましょう。

好気性生物

地球上のほとんどの生物は呼吸によって「酸素」を吸い込み二酸化炭素を吐き出します。酸素を使ってエネルギーを生みだしているのです。

実は、光合成によって二酸化炭素を吸って酸素を吐き出している「植物」も、同時に呼吸によって「酸素」を吸い込み二酸化炭素を出しています。意外ですね。

一方で、酸素を使わずにエネルギーを生み出す生物も一部存在します。彼らは嫌気性生物と呼ばれ、多くは細菌。地球誕生直後、大気中に酸素がほとんど存在しない状態でも生きていくことができました。

その後、植物が増えて、光合成により大気中の酸素濃度が高くなると、酸素を使ってエネルギーを生み出す「好気性生物」が増えていきました。

image by Study-Z編集部

私たちが生きていく上で欠かせない存在である、酸素。イラストに示すように、2つの酸素原子が合体した酸素分子として存在します。

酸素原子で存在するより、2つくっついて分子になった方が安定。だからと言って3つも4つも合体することはできず、2つで合体するのが一番安定。

気体状態の酸素とは、この「ニコイチ」状態の分子が、他の酸素分子とは独立して無数に存在している状態。酸素分子同士何かでつながっているわけではなく、「ふわふわ」と浮いているもの。

すごく拡大していみると酸素分子なる「粒」が無数に存在しているととらえることができます。

2.圧力の考え方

圧力とは何かが何かを圧(お)す力。気体の圧力とは気体が何かを圧す力。

前述のとおり、気体=無数の粒と考えることができます。無数の粒が「ふわふわ」とランダムに浮かんでいるとどうなるでしょうか。

そう、ランダムに浮かんでいるのでぶつかってきますね。このぶつかってくる時の衝撃こそが圧力の正体。

粒が多ければ多いほど、ぶつかる頻度も多くなり、その分衝撃も増えます=圧力が高くなるということ。

\次のページで「3.混合気体の圧力」を解説!/

次のページを読む
1 2 3
Share: