気体の拡散と混合

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H₂と二酸化炭素CO₂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n₁、n₂を足し合わせて、混合気体の物質量nとすることができる。

\[ \mathrm{n_{1}+n_{2}=n・・・①} \]

• 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。

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

• nのように、PV/Tの和を取ることもできる。さらに一定の量があると、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。