B　物質量

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B　物質量

物質量とその単位

►モル

　SI基本単位の7種の物理量の1つである「物質量」の単位の名称で，記号はmol

である。12gの¹² Cに含まれる¹² C原子の数(アボガドロ数)と同数個の粒子集団を

1molと定義する。原子・分子・イオン・遊離基・電子などの粒子からなる物質の

量を示すときに用いられ，粒子種を明示する必要がある。

►アボガドロ数

　アボガドロ数は，Ⅹ線による結晶格子の研究と密度の測定，単分子膜の測定，電

解における析出量と電気素量，α線の放出量と発生したヘリウムの量の測定などの

方法で，実測されている。その値は，1875年には30％の誤差で知られていた。

1909年になるとミリカンの油滴実験によって誤差1％までに縮められ，1930～

1940年の間の実験物理学者の研究によって誤差0.1％まで精度が高められた。現在，

最も精密な値は6.0221367×10²³とされている。異なった方法で求められた値がほ

ぼ一致するという事実は，物質の原子・分子的構造の理論が単なる仮説ではなく，

十分な実験的根拠をもつものであることを説明している。

　塩化カリウムの単位格子はK^＋とCl^－をそれぞれ4個含む。その1辺は，Ⅹ線解析

から0.629nmと求められている。一方，密度は1.99g/cm³と測定され，式量は74.6で

あるから，アボガドロ数をN_Aとすると，

質量と物質量

気体の体積と物質量

►気体のモル体積

　気体1molの体積が，0℃，1013hPa(1atm)の標準状態において，

22.4 l (正確な理想気体のモル体積は，22.41410l)であることは，化学の重要な基

礎知識である。しかし，実在気体では，この値からいくらかずれる。

　気体1molの質量を，その気体の標準状態における密度で割ると，標準状態のモ

ル体積を求めることができる。気体のモル体積の例を次に示す。

(1)　22.4 lとみなすことができる実在気体

　H₂；22.449　　Xe；22.444　　Ne；22.428　　He；22.424　　CO；22.408

　N₂；22.404　　F₂；22.403　　Ar；22.397　　0₂；22.394

(2)　22.4 lから少しずれる実在気体

　CO₂；22.262　　C₂H₄；22.259　　H₂S；22.152　　NH₃；22.078

　C₃H₆；21.976　　SO₂；21.890　　CH₃OCH₃；21.856

►参考実験　気体のモル体積の測定

【目的】簡便に短時間に，気体のモル体積を求めてみる。

【準備】丸底フラスコ(100cm³)，三角フラスコ(1l )，1lメスシリンダー，誘導

　管，ゴム管，ゴム栓，上皿天秤，水槽，ドライアイス

【操作】(1)　表面の氷をぬぐい取ったドライアイスのかたまり約1.7gを取り，上

　皿天秤を使ってすばやく測る。

(2)　これを100cm³のフラスコに入れてすぐにゴム栓をし，図のように装置する。

(3)　手のひらでフラスコを温めて，ドライアイスを昇華させる。

(4)　この方法で測り取った二酸化炭素の体積を求める。

(5) このときの大気の圧力と気体の温度を測り，状態方程式から分子量を求める。

注1．二酸化炭素はいくらか水に溶けるが，本法ではそれはほとんど問題にならな

　　い。発生したCO₂の気体は丸底フラスコや三角フラスコ中に存在する空気を

　　追い出す。したがって，水上に置換される気体はCO₂ではなく，ほとんど空

　　気である。すなわち，発生したCO₂と同体積の空気が捕集されたことになる

　　からである。

　2.ドライアイスは刻々と昇華するから，厳密な質量は求められない。本法はそ

　　の程度の概略値を求める実験である。よって，上皿天秤を用い，また，メスシ

　リンダーの内外の水面の高さを一致させる操作も不要である。

【実験結果】ドライアイスを1.5g用いたとすると，CO₂＝44であるから，27°C，

1atmのもとでの捕集気体の体積は

となる。

820cm³～860cm³の結果なら標準状態のCO₂のモル体積は

　21.9l～22.9lになる。