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rabitwo

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!!
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    質問者が選んだベストアンサー

    • 2011-06-24 10:40:13
    • 回答No.5
    >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。
    補足コメント
    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・・・。
    投稿日時 - 2011-06-25 22:47:46
    お礼コメント
    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!!
    投稿日時 - 2011-06-27 14:06:42
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