質問: 分子の個数、表し方 化学研磨されたステンレス鋼で製作した真空容器を25°Cで大気圧から排気したところ、1h後の単位面積あたりのガス放出速度は1.0x10^-6pa・m3・s^-1・m^-2でした。 分子の個数で表すといくつになりますか? a.2.4x10^14 b.2.4x10^13 c.2.4x10^12 d.2.4x10^15 (個・s^-1・m^-2) また、真空容器のサイズは1m x 1m x 1mで排気速度0.3 m3/s で排気されている時の真空容器の 圧力は? e.2x10^-5 f.3x10^-6 g.1x10^-4 h.5x10^-3 (pa)
回答: 出題の前段を解くには、「モル」についての知識が必要です。 「モル」の定義をネット検索してみましょう。 例えば、wikipediaには次のように載っています。 「1モルに含まれる要素粒子の数は、要素粒子の種類にかかわらず一定(約6.022×10^23個=アボガドロ数)である。 また、1モルの理想気体は、標準状態(stp)では同じ体積(22.413 83 l(リットル))を占める。このように、モルは化学の分野では基本となる重要な単位である。」 273°k(0°c)、1013hpa、22.4リットルの気体は6.022×10^23ヶの分子から成るから、 298°k(25°c)の1×10^-6pa・m^3の気体の分子数は {6.022×10^23×1×10^-6/(101300×22.413×10^-3)}×273/298=2.45×10^14(ヶ)となる。 従って、質問のガス放出速度は、2.4×10^14(ヶ/sec・m^2)となり、答えは「a」 出題の後段は、ガス放出量(q)と排気速度(s)と到達真空度(p)の関係 p=q/s の知識が必要です。 容器の表面積は(6m^2)なので、 到達真空度は、p=6×1×10^-6/0.3=2×10^-5(pa) となる