実在気体と理想気体について

質問

次の実在気体と理想気体の関係についての説明で誤っているものはどれか。
１）理想気体は、完全に気体の状態方程式の関係にあてはまる。
２）実在気体の分子には大きさがあるが、理想気体の分子の大きさは０である。
３）実在気体は絶対零度になる前に固化し、その体積は０にはならないが理想気体は絶対零度になっても固化せず、その体積は０となる。
４）理想気体の分子の間には分子間力がある。
５）実在気体でも圧力が低いとき、または温度が高いときは理想気体に近い性質を示す。

何卒宜しくお願いします。

回答No.4

htms42 · ベストアンサー

状態方程式というのは気体の状態を表す量の間の関係式です。
気体の量を１モルとします。圧力と温度を決めると体積が決まります。圧力と温度で体積を表した式が状態方程式です。Ｖ＝ｆ（Ｔ，Ｐ）、またはｇ（Ｔ，Ｐ，Ｖ）＝０です。
ＰＶ＝ｎＲＴは状態方程式の１つです。
これはボイルの法則、シャルルの法則を元にして作られた状態方程式です。
高温、低圧（常温、常圧は普通の気体にとっては高温、低圧です）でよく当てはまります。普通の気体は温度を下げれば液体になりますから低温でこの式に当てはまらなくなるというのは明らかです。圧力を２倍にすれば体積が半分になるというのは成り立ったとしても圧力を１０００倍にした時に体積が１０００分の１になるかというと「？」が付くというのもわかると思います。
どの温度、圧力でもこの式が成り立つ気体を理想気体と呼んでいます。したがってこの式は「理想気体の状態方程式」であるという事になります。
なぜ実在の気体がＰＶ＝ｎＲＴに合わなくなるのかは別の考察の対象です。
状態変化が起こるというのは分子間の引力によるのですから分子間力は原因の１つでしょう。（気体は分子であるとは限りません。分子であるとすれば分子間力です。）
液体とか、固体は体積が決まっています。圧力を加えても体積はほとんど変わりません。分子がほとんどくっつく状態になっているからです。これも原因の１つでしょう。圧力を大きくすれば気体が液体の状態に近くなるのですから気体らしい気体からずれてくるというのは予想できます。

１）？
「気体の状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴの関係に当てはまる」であれば○です。この文章のままであれば×。
２）？・・・×
「理想気体の分子」というのは存在しません。単にＰＶ＝ｎＲＴという式を満たす気体というだけです。粒子のイメージだけはあります。でも大きさはありません。構造もありません。原子と分子の区別も出来ません。

３）？・・・×
気体の温度を下げていく時にまず実現する状態は液体です。
「固化」ではなくて「液化」とすべきでしょう。
※Ｈｅは温度を下げていくと液体になります。でも固体のヘリウムは温度を下げていくだけでは現れてきません。圧力（絶対零度で２５気圧）をかける必要があります。
（例外といってもいい例ですが、有名な例です。）

４）×
「理想気体の分子」というものは存在しません。
分子が存在しないのですから分子間力もありません。
分子があって分子間力が働かないということはありえないのです。
（「分子」という言葉を実体に対してではなくて単に「小さな粒」という意味で使っている可能性があります。こういう使い方が案外広い範囲に広まっているようです。）

５）○
　これはｏｒかａｎｄかが問題になります。
　圧力を決めておいて温度を高くしていきます
または
　温度を決めておいて圧力を低くしていきます

どちらの場合も理想気体に近づきます。
この表現で言えば「ｏｒ」です。

圧力、温度の値を問題にしていないのですからｏｒでいいだろうという事になります。
圧力Ｐ１で温度を高くしていくときと圧力Ｐ２（＞Ｐ１）で温度を高くしていくときの比較であれば前者の場合の方が低い温度で理想気体の近似が当てはまるようになるということとは別のことです。

回答No.5

drmuraberg

No.3です。高校生対象の問題と考えて答えましたが、５）は
出題者の転記ミスと思い×としました。

圧力が低くかつ温度が高い場合はWikiにも有るように完全に○です。
しかし、「または」となると、次の場合が考えられます。
圧力を限りなく低くする、同時に絶対温度を零度に持ってゆく。
その場合、絶対零度で実存気体が理想気体に近づくか？？という
疑問が有ります。
（理想気体では、P,T同時に０は成り立ちます。）
従って、出題ミスと考えました。

一つだけ誤りを探せと言うなら　４）が×は明らかです。

回答No.3

drmuraberg

理想気体の定義は
a) 分子の体積が０、
b) 分子間力等の相互作用が０、
です。
この定義による気体はボイル・シャルルの法則
c) PV=nRT 　
P 圧力、V　体積、n　物質量モル、R　気体定数、T　絶対温度
を満たします。
実存気体は理想気体ではない気体と考えることができます。

理想気体の定義 a),b) から、直接
２）は　○　　（実在気体の分子には大きさがある＝[非]理想気体）
４）は　×
が判ります。
状態方程式がc) なら　
１）も　○　　（「完全」にに戸惑うかも知れませんが）

さてここから難問ですが、a)の定義とc) が成立するから
３）も後半は　○　　（ただし「固化」という表現は問題有り）
５）は　×　　（実在気体でも圧力が低くかつ(and) 温度が高い
ときは理想気体に近い性質を示す。)

３）と５）に付いては出題者が実存気体に付いて極めてまれな
例を知っていての引っ掛けの恐れは有りますが。

WikiのURLを貼っておきます。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%90%86%E6%83%B3%E6%B0%97%E4%BD%93

回答No.2

potachie

４。
分子間に力が働かないのが前提です。分子間力がある場合、活量などで補正します。

回答No.1

usokoku

「状態方程式」の定義は、どれを使っていますか。
人によって多少変化しているので、答えに迷います。PV=nRTを使っている場合と、実在気体用に修正された内容を使っている場合があります。
1. 4.「気体の状態方程式」は３つか4つ発表されています。どれでしょうか。

2.「分子」と記載されています。「原子」はどのように取り扱いますか。単原子分子やげんしじょう分子などを含めて「粒子」という言葉を使います。「分子」と「単原子分子」は使い分けをしますから。
3.「固化」？？？。状態方程式に使う言葉ではないのですが。
4.「または」の解釈で困ってしまう。さんじゅうてんをもつ部室の場合です。

「はどれか」(単数)といわれても、複数の可能性がありますので。
聞きなれない言葉が使われていますので、答えに困ります。
入学試験の問題だったらば、でたらめに選択します。
http://www.tennoji-h.oku.ed.jp/tennoji/oka/2005/05ko3-10.html

あたりがどこかの高校の内容なのである程度の内容が書いてあるでしょう。

補足

この問題なのですが、答えは一つです。
だから悩みます。問い掛け方がおかしいと思うのです。