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高校発展Chapter 210

気体の法則(ボイル・シャルル・状態方程式)

PV=nRT の一本で全部解ける。温度はケルビンで計算する。それだけ覚えれば大丈夫。

#気体#ボイルの法則#シャルルの法則#状態方程式#PV=nRT

つまり「PV=nRT の一本で解ける」

3つの法則(ボイル・シャルル・状態方程式)は全部 PV=nRT から導ける。

まずこれを覚える:

PV=nRT\boxed{PV = nRT}

変数単位
P(圧力)Pa
V(体積)
n(物質量)mol
R(気体定数)8.31 J/(mol·K)
T(温度)K(絶対温度)

必ず °C → K に変換

T[K]=T[C]+273T[\text{K}] = T[\text{C}] + 273

°Cのまま計算すると全部間違う。


ボイル・シャルルを PV=nRT で理解する

nR が一定なら:

  • T 一定 → PV = const(ボイルの法則)
  • P 一定 → V/T = const(シャルルの法則)

計算例

標準状態(0°C・1.013×10⁵ Pa)で1molの気体の体積は?

V=nRTP=1×8.31×2731.013×10522.4LV = \frac{nRT}{P} = \frac{1 \times 8.31 \times 273}{1.013 \times 10^5} \approx \boxed{22.4 \, \text{L}}


💡豆知識

山の頂上では気圧が低いため、沸点が下がる。富士山頂(3776 m)では約 87°C でお湯が沸く。だから山での「コンビニのカップヌードル」はちゃんと沸騰しても麺が柔らかくなりにくい(87°C では澱粉が十分に加水分解されないため)。気体の法則が料理にも影響する。

よく間違えるところ

最も多いミス:温度を °C のまま計算する。PV = nRT の T は必ず K(絶対温度)。T[K] = T[°C] + 273。27°C = 300 K。-73°C = 200 K。°C のまま代入すると計算が全部間違いになる。

重要ポイント

まとめ

  • PV = nRT で全部解ける
  • T は必ず K(°C + 273)
  • R = 8.31 J/(mol·K)
  • 標準状態:0°C・1 atm → 1 mol = 22.4 L

まとめ

  • PV = nRT(全部これで解ける)
  • T は必ず K(Celsius + 273)
  • 気体定数 R = 8.31 J/(mol·K)
  • 標準状態:0°C・1atm → 1mol = 22.4L

// quiz

確認問題

Q1.ボイルの法則の内容として正しいものはどれか?

Q2.27°CをK(ケルビン)に変換すると?

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