【高校化学】理想気体の状態方程式をわかりやすく徹底解説！公式の導出方法は？
公式はなんとなく覚えたけど、公式をうまく使いこなせない人は多いですよね。
気体は苦手な方がとても多い分野なのですが、
その理由は、気体を考える上での基本的な考え方ができていないからです。
今回は、理想気体の状態方程式の導出方法や、
気体を考える上での基礎となる体積などの定義をしっかり確認していこうと思います。
気体の範囲が苦手な方、ぜひ最後までご覧になっていってください。
☆ 気体に関する基本的な知識
こんなのわかってるよ！って人も多くいそうですが、
気体を理解する上で絶対に必要な基本的な知識をお伝えしていきます。
気体の圧力とは、
「粒子が壁にぶつかるときの力」をいいます。
同様に、気体の体積とは、
「気体が動いている範囲」のことをいいます。
つまり、気体の体積とは、容器の大きさのことです。
当たり前のようですが、とても大切なので、この感覚が掴めていない人はしっかりと確認してください。
☆ 理想気体の状態方程式の導出
ここからは、公式を導いていきたいと思います。
密閉された容器V(L)の気体の圧力について考えていきたいと思います。
ところで、みなさん。
容器内の圧力をあげるためには、どのようにすればいいと思いますか。
先ほども述べたように、気体の圧力とは、「粒子が壁を叩く力」です。
つまり、この質問は「粒子がたくさん壁にぶつかるようにするにはどうすればいいのか」というように言い換えることができます。
どのようにしたら、気体の圧力、すなわち壁にぶつかる回数を増やすことができるでしょうか。
壁にぶつかる回数を増やすには、
・単位体積あたりの粒子の個数を増やす。
・温度を高くする。
をすればいいです。
単純に中に入っている粒子の個数を増やせば、壁にぶつかる回数は増えますよね。
温度を高くすれば、熱運動も激しくなるので、粒子が壁を叩く回数も増加します。
よって、
圧力と（単位体積あたりの）粒子の個数
圧力と温度
は比例関係にあることになります。
これを式に表すと下のようになります。
この式をさらに変形すると、
となり、これが理想気体の状態方程式です。
比例定数Rを気体定数といい、R=8.3×10^3です。
気体の状態方程式は、圧力と単位体積あたりの粒子の数、温度が比例関係であることから導くことができます。
☆ まとめ
気体の圧力とは、粒子が壁を叩くときの力のこと。
気体の体積とは、粒子が動ける範囲のこと。
である。
化学の偏差値10アップを目指して、頑張りましょう。
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