気体の体積(ボイルの法則・シャルルの法則・ボイルシャルルの法則)

この記事で学ぶこと

気体の体積と圧力

気体の体積と圧力との間には、ボイルの法則が成り立ちます。

キーワード

ボイルの法則：温度が一定のとき、一定量の気体の体積Vは圧力pに反比例する。

V＝\(\frac{k}{p}\) ⇔ pV=k (kは定数)

例えば、気体の圧力を２倍にすれば体積が\(\frac{1}{2}\)倍に、気体の体積を３倍にすれば圧力が\(\frac{1}{3}\)倍になります。

気体の体積Vを縦軸、圧力pを横軸にとったグラフ(通称pVグラフ)を見てみましょう。

このように、典型的な反比例のグラフをとります。

キーワード

絶対零度：気体分子が完全に熱運動を停止する温度、-273℃。

気体分子の熱運動と温度の関係は比例することがわかり、絶対零度は温度の最小値です。そして、この絶対零度を基準とした温度が絶対温度です。

キーワード

絶対温度：絶対零度を基準とした温度。単位はケルビン(K)を使い、目盛りの間隔はセルシウス温度(℃)と同じ。

セルシウス温度tと絶対温度Tの関係式は次のとおりです。

T[K] ＝ t[℃] ＋ 273

気体の体積と絶対温度の間には、シャルルの法則が成り立ちます。

キーワード

シャルルの法則：圧力が一定のとき、一定量の気体の体積Vは、絶対温度Tに比例する。

V＝k’T ⇔ \(\frac{V}{T}\)＝k’ (k’は定数)

こちらもグラフで確認しましょう。

比例のグラフなので、体積と絶対温度の比が一定になります。

ボイルの法則(体積と圧力)とシャルルの法則(体積と絶対温度)を１つにまとめたものをボイル・シャルルの法則といいます。

キーワード

ボイル・シャルルの法則：一定量の気体の体積Vは圧力に反比例し、絶対温度Tに比例する。

pV＝k”T ⇔ \(\frac{pV}{T}\)=k”

3つの法則を紹介しましたが、ボイル・シャルルの法則だけ覚えておけば問題ありません。
もっと言えば、次に学習する「気体の状態方程式」さえ覚えておけば、今回紹介した法則を暗記する必要はありません。(ただし、それぞれの法則名と内容は一致させておいてください。)

この記事を書いた人

そがし

筑波大化学類の学部生。偏差値４９の高校から一般入試で筑波大・明治大に合格し、高校化学をメインとして大学受験に役立つ情報を発信しています。