質問: 空気の重さは? 内容積が1リットルの頑丈な鉄の箱が3個あります。 aは通常の空間(1気圧)においてから蓋を閉じて密閉、 bは中の空気を抜いて真空にしてから蓋を閉じて密閉、 cは中の気圧を2気圧にしてから蓋を閉じて密閉します。 それぞれをバネ秤に載せて重さを測ると、 bとcはaに対して何グラム重い、もしくは軽くなるでしょうか?
回答: 頑丈な箱の体積が一切変わらないとすれば ・aを基準にして、 ・bは「1気圧の空気の質量」分だけ軽い(空気は、理想気体とみなせば標準状態で 1 mol の体積が 22.4 l なので、1 l なら 1/22.4 mol。つまり、「軽い」は空気の mol 質量の 1/22.4 の質量) ・cは「1気圧の空気の質量」分だけ重い(aに対して、2気圧にするためにさらに1 l の空気を追加したことになるので) ということになります。 空気の mol 質量は、n2 が 80%、o2 が 20% とすれば約 30 g なので、 ・bはaよりも約 1.3 g 軽い ・cはaよりも約 1.3 g 重い ということになります。 極端な話をすれば、「風船」や「気球」が「水素ガス」や「ヘリウムガス」や「熱した空気」で浮き上がるのだから、鉄の箱が十分に軽ければ、bは空気の浮力で浮き上がります。 気球や飛行船のことを考えれば、「浮力」=「その体積の空気の重さ」(アルキメデスの原理です)なのだから、空気が相当に「重い」ことが分かるはずです。 上のように、「1リットルで 1.3 グラム」ですから、「1 立方メートル(浴槽ぐらい)で 1 キログラム」の重さになります。 ↓ https://www.ssc.slp.or.jp/faq/science-qa-box/qabox-chemistry/737.html