6.1: 運動論的分子論。 気体のモデル

気体の圧力

気体分子は常にランダムに運動しているので、互いにぶつかったり、容器の壁にぶつかったりしている。 このような気体分子と周囲との衝突によって、周囲に圧力がかかる。 風船を膨らませると、風船の中の空気の粒子が弾力性のある側面に押し付けられ、風船の壁は外側に押し出され、固さを保つことができます。 この圧力は、空気分子が風船の内壁をたたくことによって生じる。

化学でよく使われる圧力の単位は3つある。 圧力は一般に、気象学者が使う気圧計に似たモノメーターと呼ばれる装置で測定されます。 モノメーターに記録される圧力は、一般に水銀柱のミリメートル単位で記録され、略称は「 \text{mm} ╱Hg} 」と呼ばれます。 大気中の空気の分子は、空気と接触しているすべての面に圧力をかけています。 海面における大気の圧力は、およそ㎤です。 この圧力は、表面だけでなく内部にも空気があり、大気圧のバランスがとれているため、気づかないうちに存在しています。 しかし、物体の内部で空気が抜けたり減ったりすると、大気の圧力にすぐ気がつく。 空気圧のデモンストレーションとしてよく使われるのが、1ガロンの金属缶です。 缶の中に数滴の水を入れ、加熱して沸騰させる。 缶の中の水は気化して膨張し、缶の中を満たして空気を押し出す。 そして、缶の蓋をしっかりと閉める。 缶が冷えると、缶の中の水蒸気は凝縮して液体の水に戻り、缶の中は空気の分子がない状態になります。

もちろん、人間にも大気圧がかかっている。 平均的な大きさの人は、おそらく大気から25,000ポンドを超える力を受けているのです。 幸いなことに、人の体内には空気もあり、その力のバランスをとっている。 気圧計は、1643年にイタリアの科学者エヴァンジェリスタ・トリチェッリ（1608〜1647）が発明したもので、彼はガリレオの弟子だった。 トリチェリの気圧計は、一端が開き他端が閉じたガラス管に液体水銀を入れ、水銀の入った皿の中で管を反転させることによって作られた。

管内の水銀は、皿の中の水銀表面と管内の水銀柱の頂点の差が760ミリメートルとなる高さに落下した。 管の中の水銀の上の空間は真空であった。 なぜ水銀が管の中にとどまっているかというと、管の中の水銀の上部を叩く空気の分子がないからである。 管内の水銀の重さを管の開口部の面積で割った値は、ちょうど大気圧に等しい。

水銀が保持される高さは、気圧が正常で海面であれば、760ミリメートルにしかならないのです。 気象条件によって気圧は変化し、気圧計の水銀の高さもそれに伴って変化します。 また、気圧は高度によっても変化します。 高度が高いほど気圧が低くなるのは、空気が「薄い」、つまり単位体積あたりの空気分子の数が少ないからです。 山では、標高9600フィートで、通常の大気圧では水銀柱が520㎤しか支えられません。

化学には、さまざまな理由から、気体の圧力を測定したり表現したりするためのさまざまな単位があります。 化学ではさまざまな理由から、気体の圧力を測定したり表現したりするためのさまざまな単位があります。 圧力を測定する機器はしばしば水銀柱を含むので、圧力の最も一般的に使用される単位は、ガスが支えることができる水銀柱の高さに基づいています。 化学の世界では、気体の圧力を表す単位はもともと「水銀柱」でした。 海面における標準的な大気圧は “760 “であり、”760 “は “水銀 “に相当する。 この単位は、圧力の単位でありながら、長さの単位に似ているのが難点です。 特に学生さんは、この \ce{Hg} が抜けてしまって、長さの単位に見えてしまうことがあるんです。 この問題を解消するために、この単位には別の名前が付けられた。 Torricelliにちなんで “the \text{torr}}} と呼ばれるようになった。 \と全く同じである。 また、ある作業では、気体の圧力を海面気圧の倍数で表すと便利なので、大気圧(atm)という単位が導入されました。 圧力単位間の変換で知っておきたいのは、

この例は、寸法分析を使ってこの変換を行う方法について説明します。 型式を覚えている人は、”୧⃛(๑⃙⃘◡̈๑⃙⃘) “から”୧⃛(๑⃙⃘◡̈๑⃙⃘) “に変換するには760で割ればいいんだ、と覚えればいいんです。