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B 物質量

 

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。12g12 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・電子等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,]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,19301940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KClをそれぞれ4個含む。その1辺は,]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だから,アボガドロ数をNAとすると,

 

 

モル質量(molar mass)

 ある物質1molがもつ質量の事。

 

気体のモル体積

 気体1molの体積が,0℃,1013.25hPa(1atm)の標準状態において,22.4L (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) 22.4Lとみなすことができる実在気体

 H222.43  He22.42  Ne22.42  Xe22.30  Ar22.39

 N222.40  F222.40  CO22.41  0222.39

(2) 22.4Lから少しずれる実在気体

 CO222.26  C2H422.26  HCl22.24  H2S22.14  NH322.09

 C3H821.83  CH3OCH321.85

 

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】100cm3丸底フラスコ,1L三角フラスコ,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塊約1.7gを取り,上皿天秤を使って手早く測る。

(2) これを100cm3のフラスコに入れて直ぐにゴム栓をし,下図の様にする。

(3) 掌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,気体の状態方程式から分子量を求める。

1.二酸化炭素はいくらか水に溶けるが,本法ではそれは殆ど問題にならない。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,殆ど空気である。即ち,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,分子量CO244だから,27°C,常圧下での捕集気体の体積は,

 

となる。

820cm3860cm3の結果なら標準状態のCO2のモル体積は21.9L22.9Lになる。

 

 

 

 

 








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