はじめに

このページでは、気体の拡散・混合について、一から丁寧に解説していく。大学入試でも頻出の分野なので必ず理解しておくようにしよう。


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熱とは

どんな粒子も温度に応じた運動をしていて、これを熱運動という。温度が高くなると熱運動のエネルギーが大きくなり、熱運動が激しくなる。

粒子の熱運動は、煙の広がりを考えると理解しやすい。煙が部屋のある一箇所で発生すると、時間とともに部屋中に広がっていく。これは、粒子が熱運動で広がっていくためであり、この現象を拡散という。

水素と二酸化炭素を別々の集気ビンに入れ、ガラス板を挟んで口を重ねた結果、ガラス板を取り除くと次のようになる。

混合時に反応しないとすれば、両者の物質量nを足し合わせて、混合気体の物質量とすることができる。

\[
n_{1}+n_{2}=n・・・①
\]

気体の状態方程式PV=nRTより、①式は次のように変形することができる。

\[
n_{1}+n_{2}=n\\
\frac{ P_{1}V_{1} }{ RT_{1} }+\frac{ P_{2}V_{2} }{ RT_{2} }=\frac{ PV }{ RT }\\
\Leftrightarrow \frac{ P_{1}V_{1} }{ T_{1} }+\frac{ P_{2}V_{2} }{ T_{2} }=\frac{ PV }{ T }・・・②
\]

nのように、PV/Tの和を取ることもできる。さらに一定な量があると、②式は次のように変形できる。

コックでつないだ次の容器の場合は、気体の拡散によって最終的に左右の圧力が等しくなる。また、気体の体積は容積に一致する。

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