気体を発生させて水上置換で捕集するとき，捕集した気体の圧力は大気圧に等しいでしょうか。この章では，混合気体の圧力について考えてみましょう。 １．空気の主な成分は何ですか? 窒素と酸素 　　 ２．乾燥空気中には，それぞれ体積で何％含まれていますか? 窒素は約７８％，酸素は約２１％ ３．気体の圧力の単位は？ 国際単位系（ＳＩ）による圧力の単位はＰａ（パスカル）であり，１Ｐａは面積１ｍ２あたりに１Ｎ（ニュートン）の力がはたらくときの圧力を表す。また，１００Ｐａを１ｈＰａ（ヘクトパスカル）という。 　空気を一定容器に入れたとき，気体分子はそれぞれ独立に熱運動し，器壁に衝突して圧力を及ぼします。このとき，空気のような混合気体が示す圧力を全圧，窒素や酸素のように各成分気体がそれぞれ単独で混合気体と同じ体積を占めたときの圧力を，各成分気体の分圧といいます。では，全圧と分圧との間には，どのような関係があるでしょうか。 　 　この章の学習内容は，次の通りです。 （１）分圧の法則 （２）分圧とモル分率 （３）混合気体の分子量 　最初に実験を紹介しましょう。この実験では，気体Ａと気体Ｂはともに空気ですが，違う種類の気体と考えてください。

＜実験＞　 １　内容積４５０ｍＬ のフラスコから空気を８０ｍＬ 抜く。 　ｐＡ＝（　　　）〔ｍｍＨｇ〕 ２　大気圧下で１００ｍＬ の空気をとり，フラスコ内に圧入する。 　ｐ＝（　　　）〔ｍｍＨｇ〕 　ｐ−ｐＡ＝（　　　）〔ｍｍＨｇ〕 ３　フラスコ内の気体Bの圧力をｐBとすると， 　ボイルの法則より，ｐｖ＝ｋ（一定） 　大気圧×１００＝ｐB×４５０ 　ｐB＝大気圧×１００/４５０＝（　　　）〔ｍｍＨｇ〕

ｐＡ，ｐＢ，ｐの間には，どのような関係があるでしょうか。結果の確認をしてみましょう。 大気圧７６６ｍｍＨｇのとき，ｐＡ＝６５６〔ｍｍＨｇ〕，ｐ＝８３０〔ｍｍＨｇ〕になりました。ｐ−ｐＡ＝１７４〔ｍｍＨｇ〕になりますね。また，ｐＢ＝７６６×１００/４５０＝１７４〔ｍｍＨｇ〕です。すなわち，ｐ−ｐＡ＝ｐＢの関係が成立します。 　　 　さて，ドイルトンを覚えていますね。倍数比例や原子説で有名な化学者です。分圧の法則も，彼が発見したものです。先ほどの実験で，全圧と分圧の関係がわかりますね。

（１）分圧の法則　 　混合気体が示す圧力→全圧 　各成分気体がそれぞれ単独で混合気体と同じ体積を占めたときの圧力→分圧 　大きさの違う容器Ａ，Ｂがコックを閉じた状態で連結されている。 　Ａ，Ｂそれぞれの容器には，種類の違う気体（気体Ａ，気体Ｂ）が入っている。 　気体Ａの圧力…ｐ，Ａの容器の体積…ｖＢ 　気体Ｂの圧力…ｐ，Ｂの容器の体積…ｖＢ   　 　コックを開くと，気体Ａ，気体Ｂが均一に混ざる。 　気体Ａ，気体Ｂそれぞれについてボイルの法則が成り立つ。 　ｐｖＡ＝ｐＡ（ｖＡ＋ｖＢ）…（１） 　ｐｖＢ＝ｐＢ（ｖＡ＋ｖＢ）…（２） （１）＋（２）より，ｐ（ｖＡ＋ｖＢ）＝（ｐＡ＋ｐＢ）（ｖＡ＋ｖＢ） したがって，ｐ＝ｐＡ＋ｐＢ 　１８０１年　ドルトン（イギリス） 　混合気体の全圧は，各成分気体の分圧の和に等しい 　→分圧の法則

ひじょうにすっきりとした法則ですね。ところで，アボガドロの法則を覚えていますね。 　「同温・同圧のもとで，同体積の気体は，気体の種類に関係なく同数個の分子を含む。」　 です。したがって，同温・同圧のもとで，気体の体積は分子数に比例するわけですから，言い換えると気体の体積は物質量に比例するともいえますね。そこで，全圧と分圧および物質量の関係は，次のようになります。

（２）分圧とモル分率　 　温度，圧力が一定のとき，気体の体積は物質量に比例するから， 　ｖＡ＝ｋｎＡ，ｖＢ＝ｋｎＢである。 　ｐｖＡ＝ｐＡ（ｖＡ＋ｖＢ）より， 　ｐＡ＝ｐｖＡ/（ｖＡ＋ｖＢ）＝ｐｋｎＡ（ｋｎＡ＋ｋｎＢ）＝ｐｎＡ/（ｎＡ＋ｎＢ） 　ｐｖＢ＝ｐＢ（ｖＡ＋ｖＢ）より， 　ｐＢ＝ｐｖＢ/（ｖＡ＋ｖＢ）＝ｐｋｎＢ（ｋｎＡ＋ｋｎＢ）＝ｐｎＢ/（ｎＡ＋ｎＢ） 　分圧＝全圧×モル分率

空気の主な成分気体は窒素と酸素です。窒素の分子量は２８．０，酸素の分子量は３２．０ですね。では，空気の分子量というものを考えることはできないでしょうか。すなわち，混合気体を，ただ１種類の仮想の分子からなる単一の気体として取り扱うことはできないかということです。

（３）混合気体の分子量　 　空気中の窒素と酸素の体積を４：１とすると， 　空気１ｍｏｌの質量＝２８．０〔ｇ/ｍｏｌ〕×４/５〔ｍｏｌ〕＋３２．０〔ｇ/ｍｏｌ〕＋１/５〔ｍｏｌ〕 　＝２８．８〔ｇ/ｍｏｌ〕 　したがって，空気の平均分子量は２８．８ 　混合気体中の成分気体Ａの分子量＝ＭＡ，物質量＝ｎＡ 　混合気体中の成分気体Ｂの分子量＝ＭＢ，物質量＝ｎＢ 　混合気体の平均分子量Ｍ ＝ｎＡＭＡ/（ｎＡ＋ｎＢ）＋ｎＢＭＢ/（ｎＡ＋ｎＢ） 　＝ｎＡＭＡ/ｎ＋ｎＢＭＢ/ｎ

水素や酸素など，水に溶けにくい気体は水上置換で捕集しますね。そして，その捕集された気体の圧力は，水圧の影響を考えなければ大気圧と等しいと考えてきました。これは正しいでしょうか。 　気体を捕集している容器には水分子（水蒸気）が存在しますね。その温度における飽和蒸気圧がその水分子による圧力です。したがって，捕集した気体の圧力と水の飽和蒸気圧の和が大気圧になるのです。２７℃における水蒸気圧は３６ｈＰａですから，大気圧を１０１３ｈＰａとすると，約３．６％の圧力になるのです。決して無視できませんね。 　　　　 　それでは，この章の学習内容を確認しましょう。 １．混合気体の圧力を何といいますか？ ２．各成分気体が単独に混合気体の全体積を占めるときの圧力を何といいますか？ ３．１の圧力と２の圧力との間には，どのような関係がありますか？ ４．３の関係を何といいますか？ ５．２の圧力と物質量の割合（モル分率）にはどのような関係がありますか？ ６．体積比で，酸素：窒素＝１：４の混合気体の平均分子量を求めなさい。

答
１．全圧
２．分圧
３．混合気体の全圧は，各成分気体の分圧の和に等しい。
４．分圧の法則
５．分圧は，各成分気体のモル分率に比例する。
６．２８．８