気体1molは22.4L、液体1molは何L?

質問

こんにちは。初歩的な知識しかないのですが、どんな物質でも0度1気圧で気体1molって22.4Lですよね。

じゃあ、液体とか固体の物質は1molでどのくらいの体積になるのでしょうか。たとえば、液体を考えると水だったら1molで18ml、液体水素だったら2ml?とかだと思うのです。一見、法則性は無いように見えますが、1molの液体または固体だと何mlになるってなにかで計算できる（法則性がある）のではないかと思うのです。

ご存知の方いらっしゃいますか？　気になるので教えてください！！

回答No.5

htms42 · ベストアンサー

＞1molの液体または固体だと何mlになるってなにかで計算できる（法則性がある）のではないかと思うのです。

法則性などありません。
分子の質量、大きさはばらばらです。
それをどのように並べて行くかもばらばらです。

気体で成り立つ「温度、圧力が同じであれば１ｍｏｌの体積は分子の種類によらず同じになる」という性質が特殊なのです。隙間だらけの空間の中に動きまわっている気体粒子（分子の場合が多いです）があるという条件が特別なのです。空間が大きいですから分子の大きさや質量の違いが消えてしまったのです。特別に成り立つ性質だから法則になっているのです　（化学では目に見えない原子や分子を扱っています。「分子の種類によらず成り立つ」という性質は第一級の法則です）。

＞どんな物質でも0度1気圧で気体1molって22.4Lですよね
どんな物質でも成り立つというわけではありません。
０℃で１気圧の気体状態を実現出来ない物質はたくさんあります。水もそうです。
水で１気圧の圧力が実現できるのは１００℃以上です。０℃であればもっと小さい圧力（０．００６気圧）しか実現できません。そういう気体に対しては０℃、１気圧に読み直して考えています。

＞また水の密度は4度の時1mlが1g(水、ウィキペディアより。密度は単位体積あたりの質量、ウィキペディアより）←これは実測値なんでしょうか。理論的に導きだしたい。
＞そもそも水がどうして1mlで1gなのかがわからないです・・・

密度は全て測定でしか分かりません。
「理論的に」とはどういうことでしょう。
密度は水の分子量や分子構造に関係なく求められるものです。
体積と質量とがわかればいいのです。
水の場合に１ｍｌで１ｇと、数字が１ばかりになるのはｇという単位を水を基準にして決めたからです。
比重が１になるというのも重さの比較の基準が水だったからです。
水１ｇの温度を１度上げるのに必要な熱量が１ｃａｌというのも水が基準だからです。

もっと後の時代に、より精度の高い数値が必要になって基準が取り換えられたとしても元の数字は大きく変わりません。（大きく変わると困ります。）

そういうことで言えば原子量の基準は水素です。一番軽い水素原子を基準にとってその何倍であるかが原子量です。小数点下第１位までしか普通扱わないのですからこれで十分です。

原子量は比較質量です。従って分子量も比較質量です。
＞単位は密度がg/Lで、分子量はg/molで、
分子量には単位が付きません。ｇ／ｍｏｌになるのは分子量ではなくてｍｏｌ質量です。

液体の水Ｈ２Ｏ　１ｍｏｌで１８ｍｌ、液体の水素Ｈ２　１ｍｏｌで２８．６ｍｌ
分子の数は同じです。分子１つ当たりの体積は水素の方が１．５倍大きいです。
分子１つの質量は水の方が９倍大きいです。当然分子１つの大きさも水の方が大きいです。
大きくて重たい水の分子の方が、小さくて軽い水素分子よりも狭い空間の中にいるのです。
これが＃３にある「分子間力の違い」を表しています。

＃３
＞水と油ではずいぶん密度が変わりますが、これも分子同士の引っ張り度合いが違うから起こるのです。

私のイメージでは「ずいぶん密度が変わる」ではなくて「近いところにある」です。
金属などに比べるとたいていの有機物は密度の値が近いのです。
（鉄：原子量５６、比重７．９　　銅：原子量６４、比重９．０）
てんぷら油の成分であるオレイン酸の比重は０．９、ガソリンの成分であるオクタンの比重は０．７です。
分子量の値はオレイン酸２８２、オクタン１１４です。水よりもずっと大きいです。大きくて、重たい分子が材料になっているのに密度が小さいのです。分子と分子の間の隙間が大きいということになります。でも近い値ですから隙間が特別大きいわけではありません。
異性体について比較してみるのも面白いでしょう。
分子を作っている原子の種類、数が同じであるのに構造が異なる場合です。
ブタノールＣ４Ｈ９ＯＨ　比重０．８１、　ジエチルエーテルＣ２Ｈ５ＯＣ２Ｈ５　比重０．７１
分子量はどちらも７４です。

＞1モル体積という呼び方をするのですね。

こういう呼び方はふつうしません。単に「ｍｏｌ体積」、または「モル体積」です。
ｍｏｌ体積の単位がＬ／ｍｏｌです。
標準状態の気体の場合であれば２２．４Ｌ／ｍｏｌです。
液体の水であれば０．０１８Ｌ/ｍｏｌです。

＃４
＞水が沸騰しても同じ体積の中に閉じ込められていると、体積が３桁増になりたいのに「我慢」をさせられるわけです。

だから沸騰がおこらないのです。沸騰がおこらずに温度が高くなります。蒸発は起こりますから釜の中の空間の圧力も高くなります。圧力釜には蒸気の逃がし弁が付いています。その弁の働きで圧力がある高さのところでほぼ一定になります。その圧力で決まる温度になって初めて沸騰がおこります。沸点はかなり高くなっています。

＞だから、圧力鍋を使うと具材が強く押されて柔らかくなります。

圧力釜は圧力で押さえつけて調理する道具ではありません。
普通の鍋で調理する時よりも高い温度を維持することができるので、芯まで軟らかくなる時間が短くなるのです。

お礼

ありがとうございます。

分子間力の差・・・、分子間力は分子と分子の間に働く電磁気学的な力（ウィキペディア参照）？？　これの理解にだいぶ苦しんでます。

H2O(液体）は1molで18ml,18g。それに対してH2(液体）は1molで28.6ml,2g。H2の体積は1.5倍大きく、質量は1/9。だからH2は軽いくせいにいっぱい場所を取っている。逆にH2Oは重いうえに狭いところにぎっしりいる。分子と分子の間に働く力はたぶん重い分子ほど陽子や電子をいっぱい持ってるし分子間距離が近い方が磁気の影響を強く受けて引力？が強くなりそうだから（←分子間力が理解できないのでイメージです）、H2Oの方が分子間力が強い、ということでしょうか。

オレイン酸（分子量２８２）、オクタン（分子量１１４）は水（分子量１８）よりも1molの質量がずっと大きい。しかし、密度で比較すると水のほうが密度が高い（？）。ちなみに密度が高いということは分子と分子の間の隙間が小さいということも関係している、という感じですね。

異性体については全然考えていませんでした。同じ分子量になるはずだから、1molの体積も同じになりそうなものですが、ブタノールＣ４Ｈ９ＯＨとジエチルエーテルで比重が異なる、すなわち体積も異なってしまうということになる。新しい発見でした！！

補足

とても詳しくご回答ありがとうございます。理解に時間がかかってます・・・。