化学
高校生

なぜ圧力を高めると体積は小さくなるんですか?

回答

はじめ圧力を上げて体積が小さくなるのは分子間力が影響して計算上より体積が小さくなるからです。これは磁石を近づけると遠いときより近づけた方が引きつける力が大きくなるのと同じイメージです。

そしてメタンと二酸化炭素では二酸化炭素の方が分子量が大きいため分子間力が強く働くために下がるのが大きくなります。

また三つとも最終的に右上がりの原因は分子自身に体積が実際はあるのが原因です。

すなわち、下がるのは分子間力、上がるのは分子自身の体積が影響すると理解しておきましょう❗️

これでわかりますか?

ブドウくん

詳しい解答ありがとうございます。いくつか質問したいのですが
圧力を上げれば分子間力が影響するのはなぜでしょうか。
また、圧力を上げれば分子量が小さく分子間力の影響が少ないものが右肩上がりになっていくのは(分子間力の影響を受けやすいものもあとから右肩上がりになるのは)、分子事態の体積が影響するとのことですが、圧力をあげたところで分子じたいの体積は変わるんでしょうか

フルーツ

すみません、なかなか伝えづらいσ(^_^;)

これではどうでしょうか?答えになってますか?

ブドウくん

何となくわかったと思います。ありがとうございました。

フルーツ

うーん、それは申し訳ないです😵
たぶん、参考書の新研究を見れば書いてありますよ👍

ブドウくん

新研究見たんですけどいまいちわかんなくて...
単位体積あたりの分子の数が多くなることは、説明でわかりましたが、圧縮して圧力をあげるとという表現がよくわかんないんです。圧縮するってことは、体積を変化させてるってことなのかな?って思ったんですけど、変数はpでVを変化させてるわけではないとおもうので...

フルーツ

なるほど。そう考えてるんですね。

気体状態方程式PV=nRTで後の話でn、R、Tは変化させるとは思えないですよね?ではPを大きくしたときにVが小さくならないとこの式は満たされますか?

あなたが話していることもわかるのですが、その時は他の条件が変わっているはずです。

例えば、ガラスの容器にアルゴンだけを入れて圧力をあげようとすればどうすればいいですか?アルゴンやその他の物質を入れてnを大きくするか、温度Tを上げてアルゴンの熱運動を大きくして圧力をあげれば体積は変化しませんよね。まずガラスの容器なら体積はガラスが割れない限りずっと同じですから。

ブドウくん

実在気体でもPV=一定を適用してもいいんでしょうか

ブドウくん

長々とごめんなさい。

フルーツ

当然それはダメですよね。

だから最初の話に戻って写メの分、すなわち実在気体は分子間力や分子自身の体積の影響でズレるのです。理想気体は一定ですが。

ブドウくん

計算上と図に書いていたのは、どういう計算ですか?

フルーツ

いえいえ、そういうアプリですから💪(笑)ですが、目の前で解説できないのがなんてはがゆいことか😵

フルーツ

それは何かしらの条件がこれにもあるはずですよね。自分で設定してもいいと思いますが。そして→の先のものはPの値を上げたときの図です。当然nRTが同じならVは小さくならないといけないのですが、アでは分子間力のためにその計算上のVよりもさらに小さくなると言うことです。(黒点は気体の分子です。いろいろ書くの忘れてますねm(_ _)m)

ブドウくん

実際よりも分子間力がはたらくから、圧力=単位面積あたりの器壁にぶつかる分子の数が減り、力も弱まるということですか?

フルーツ

そういうことになるのかな。だから体積が小さくなる…ってことだね。

ブドウくん

体積が大きくなるのは、さっきしてくださった説明からPが大きくなればVが小さくなるのでさっきよりも単位体積あたりの分子の数が多くなって、1つ1つの分子の大きさがたくさん集まって無視できなくなるということですか?

フルーツ

そういうです。イの方の話ですよね?

ブドウくん

そうです

フルーツ

あ、そういうことです。

ブドウくん

ということは、イの場合における傾きの増えかたも分子量が大きいほど陽子の数が増えて大きさも大きくなるので、大きくなるということですか?

フルーツ

あーなるほど。そこまでは考えたことも本で読んだこともないですが、そうかもしれませんね。

ブドウくん

ありがとうございました。助かりました。ここの部分の問題を解いてもう一度確かめたいと思います。

フルーツ

上手く説明できず申し訳ないです。

頑張ってください👍

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