混合気体、理想気体と実在気体

混合気体

全圧と分圧

　混合気体の示す圧力を全圧、各成分気体の示す圧力を分圧という。
分圧は、各成分が単独に混合気体と同じ体積を占めるときの圧力である。

気体	物質量	圧力	気体の状態方程式
気体A	nA〔mol〕	分圧pA〔Pa〕	pAV=nART
気体B	nB〔mol〕	分圧pB〔Pa〕	pBV=nBRT
混合気体	nA＋nB〔mol〕	全圧P〔Pa〕	PV=(nA+nB)RT

• 全圧、分圧、モル分率（体積分率）の関係
  　分圧＝全圧×モル分率＝全圧×体積分率
• ドルトンの分圧の法則
  　混合気体の全圧は、各成分気体の分圧の和に等しい。
  　　P＝p_A＋p_B＋……　（P：全圧　p_A、p_B…：分圧）

【注】 $\dfrac{nA}{nA+nB}$の値を気体Aのモル分率という。
混合気体中の各成分気体では
　物質量の比＝分子数の比＝分圧の比＝体積の比

みかけの分子量…混合気体１molの質量からグラム単位を除いた数値。

　　みかけの分子量＝M_A×$\dfrac{nA}{nA+nB}$＋M_B×$\dfrac{nB}{nA+nB}$
（M_A：Aの分子量、n_A：Aの物質量、M_B：Bの分子量、n_B：Bの物質量）

蒸気圧

• 水上捕集
  水上置換で捕集した気体は、水蒸気との混合気体になっている。
• 体積による変化
  液体と蒸気が共存している状態から体積を大きくしていくと、蒸発が進行し、圧力は一定の蒸気圧に保たれる。液体がすべて蒸発したのち、圧力はボイルの法則にしたがって減少していく。
• 温度による変化
  液体と蒸気が共存している状態から温度を高くしていくと、蒸発が進行し、圧力は蒸気圧曲線にしたがって変化する。液体がすべて蒸発したのち、圧力は気体の状態方程式にしたがって変化する。

理想気体と実在気体

理想気体	実在気体
理想気体の状態方程式にしたがう。	理想気体の状態方程式にしたがわない。
実在しない仮想気体。	高温・低圧では理想気体と考えられる。
分子に大きさがないので、高圧下で気体の体積は0になる。	分子に大きさがあるので、高圧下で体積は0にならない。
分子間に引力がはたらかない。	分子間に引力がはたらく。低温・高圧では、分子の熱運動よりも分子間にはたらく引力の効果のほうが大きいため、液化または固化する。

　実在気体１molの理想気体１molからのズレは、次のグラフのようになる。

理想気体では、状態方程式PV=nRTが成立するので、 ＝n（＝1.0）で定数となる。それに対し、実在気体は、
　① 分子間力がはたらき体積を減少させようとする。
　② 分子の大きさにより体積が増加する。
という点で異なる。温度一定の条件で圧力を増加していくと、分子間力の大きな気体は①のズレが大きくなる（グラフが右下がりになる）。さらに圧力を増加させると②のズレが大きくなり、グラフは右上がりに変化する。

　分子間力の小さい気体（HeとH₂）では、①のズレは現れず、②のズレのみが現れる。また、実在気体では、温度を上昇させると分子間力の影響によるズレが小さくなり、理想気体の挙動に近づけることができる。