質問: 気体の状態方程式・ヘンリーの法則 気体の状態方程式はどうして高温定圧のもとでしたがいやすいのですか? ヘンリーの法則はどうして水に溶けいにくい物質にのみ適用されるのですか?
回答: 気体の状態方程式に従う気体のことを理想気体といいます。 状態方程式はボイルの法則と、シャルルの法則、アボガドロの法則を組み合わせたものです。 圧力を上げれば体積が小さくなる、これは誰でも知っています。 ボイルの法則はこの時の体積の減少が圧力に反比例して起こるという内容です。 でも圧力を2倍、3倍、・・・10倍、100倍、・・・ としていったときに体積は1/2、1/3,・・・1/10、1/100、・・・となるでしょうか。 初めのうちはいいでしょうがだんだんと合わなくなるのではないでしょうか。液体とか固体になればもうそれ以上体積が小さくなるということは起こらないとしていいはずですね。液体になってしまうともうそれ以上体積が小さくなるというのが起こらないのであればそれより手前でそういう傾向が出てきているはずです。 気体の体積は温度を上げると大きくなるというのは誰でも知っています。 シャルルの法則はこの時の体積の増加が絶対温度(-273°Cを基準にして測った温度)に比例するという内容です。 温度を下げていきます。体積が小さくなります。でもどこかで液体に代わります。それ以上は温度を下げても大きな体積の減少は見られなくなります。液体に代わる温度の手前からシャルルの法則からのずれが見えてくるはずです。液体になったということは分子と分子がくっついたということですから分子と分子の間に力が働いているということです。 荒っぽく言います。 気体の法則は気体が気体でなくなるところでは使うことが出来なくなります。それは圧力が高い、または温度が低いという領域です。逆に言うと気体が気体らしい性質を見せるところは液体になる領域から遠いところ、すなわち、温度が高く、圧力の低いところです。 気体が気体らしく振舞うというのは気体分子が全く自由に運動しているということです。他の分子が存在するということが問題にならないような運動をしているということです。 「こういうイメージに合う領域は?」という考えです。 ヘンリーの法則について 液体の中に気体を無理に押し込んでいきます。 何もない空間から窮屈な空間に無理に押し込んでいくのですから圧力が必要です。気体分子と水の分子の間に特別な仲のよさがなければ溶け方は圧力に比例して決まります。 でも水の分子との間に特別な仲のよさがあれば溶け方は圧力だけでは決まりません。圧力を上げると溶け方は大きくなるでしょうが比例という関係ではなくなります。水によく溶ける気体というのは水分子との間に特別な力が働く物質です。 二酸化炭素、二酸化硫黄、・・・は水との結びつきが強いです。水との間の反応も起こります。 アンモニアも塩化水素も常温で気体です。よく水に溶けます。水に溶かしたものがアンモニア水、塩酸です。