気体も粒子を持っているので固体液体と同じように物質量(モル)は使えます。一方で気体は体積で量を定めると便利です。アボガドロの法則とはどのような法則なのか、標準状態での気体の体積と物質量の関係および密度や大切な定数もありますので重要なところです。

固体や液体の量は粒子の数で基準を定める物質量(モル)が主に用いられます。これは気体でも同様に使えます。
しかし、気体は体積が固体や液体に較べ非常に大きくなりますので体積で基準を定めると便利な面があるのです。

アボガドロの法則

同じ温度で同じ圧力の状態なら、同じ体積の気体は種類に関係なく一定の数の分子を含んでいます。
かっこよくいうと
「同温・同圧の下で、同体積の気体は、その種類に関係なくすべて同数の分子を含む。」
これをアボガドロの法則といいます。
逆に言えば、
「同数の分子を含む気体は、同温同圧なら体積は同じになる。」
といえます。

つまり、同温・同圧なら、分子の数と体積は比例する、ということですね。

気体の体積の基準

では、気体の量の基準はどうやって決めるかですが、
1モルの気体の体積を基準にします。

1モルの気体が、0℃、\(1.0\times 10^5\) Pa において占める体積は決まっていて「22.4L」です。

この22.4Lという数字は忘れないでください。
覚えておかなければいけない定数です。
これを覚えていないばかりに気体計算全滅という高校生多いですよ。

0℃、\(1.0\times 10^5\) Pa を「標準状態」といいます。
問題によっては「標準状態で」と条件が書かれる事もあるので覚えておきましょう。
標準状態とは、0℃、\(1.0\times 10^5\) Pa のことです。

「Pa」は圧力の単位で「パスカル」と読みます。
有効数字を4桁にすると \(1.013\times 10^5\) Paです。
1atmという表し方もありますが今はPaです。
水銀柱の圧力計で測定するmmHgを用いると760mmHgです。

 \(1.013\times 10^5\) Pa=1atm=760mmHg

となりますが、これらは大気圧1気圧に相当します。
天気図ではhPa(ヘクトパスカル)を用いて1気圧を1013hPaと表しますがhは100を意味しているのです。

ところで標準状態では22.4Lとなる1モルの気体ですが、
温度や圧力が変わると変化しますので注意しなければなりません。
「標準状態」という条件がなければ使えない定数ではありますが、22.4Lという定数は非常に重要ですよ。

物質量と気体の体積の関係

標準状態で1モルの気体は22.4Lになります。
2モルであれば2倍の44.8Lです。

つまり気体の体積は同温同圧であれば物質量に比例し、

「標準状態での気体の体積」(L)=「22.4」(L/mol)×「物質量」(mol)

という関係が成り立ちます。

 \(\color{red}{(物質量)=(気体の体積)\div(22.4)}\)

でもあります。

気体の密度

気体の物質量の計算問題は別にすることとして、気体の密度の話をしておきます。

固体の場合は密度といえば体積が \(1\mathrm{ cm^3}\) の質量をいいますが、
 気体の場合は「1Lあたりの気体の質量」を示します。

気体は条件によって体積が変わりますので密度も変わりやすいですね。

標準状態での気体の密度(1Lの質量)が分かればそれを22.4倍すれば分子量も分かります。
気体は標準状態1モルで22.4Lになるので、
密度を22.4倍して単位の g/mol をとれば分子量となりますね。

計算問題をやる前に、
 標準状態で1モルの気体は22.4Lになる
ということはしっかり覚えておきましょう。

同じ名前ですが「アボガドロ定数」と「アボガドロの法則」で使う定数が違います。

⇒ 物質量とmol(モル)とアボガドロ定数

ごっちゃにならないように確認しておきましょう。