化学の分圧の式とその理由についての解説

化学の問題において、容器内の気体の分圧を考える際、なぜ分圧だけで式を立てることができるのか、その理由を詳しく解説します。今回の質問では、ヘリウムとペンタンの混合ガスについての分圧の式を立てる際、なぜペンタンの液体化を考慮せず、分圧のみで解答を求めることができるのかが問われています。

ガスの分圧とダルトンの法則

気体の分圧とは、気体が占める空間内で、その気体が単独で存在した場合の圧力を指します。ダルトンの法則によれば、混合気体の総圧力は各気体の分圧の合計に等しいとされています。つまり、気体が複数種類混ざっていても、各気体の分圧だけを考慮しても総圧力が求められるのです。

質問の問題では、ペンタンの液体化が273℃で起こることが記載されていますが、この問題において重要なのはガスの状態です。ペンタンが液体化してしまうと、その部分は気体ではなくなり、分圧を考える対象から外れます。したがって、分圧を使って式を立てるのは、ガス状態のヘリウムとペンタンだけに着目するためです。

273℃でペンタンが液体化するという記述がありますが、液体状態のペンタンは気体と同じように分圧を持たないため、その部分を無視することができます。このため、気体部分だけを考慮し、ヘリウムとペンタンの分圧のみで式を立てることが可能になります。

質問に記載された式P(Aヘリウム) + P(Aペンタン) = P(Bヘリウム) + P(Bペンタン)において、ペンタンが液体化する条件下では、ペンタンの分圧を無視し、ヘリウムの分圧だけを考えれば解答が得られます。つまり、P(Aヘリウム) = P(Bヘリウム)という式に簡略化できます。

ガスの分圧を考える際には、各気体の状態を理解し、液体状態の物質についてはその分圧を考慮しないことが重要です。このように、分圧のみで式を立てる理由は、液体と気体を適切に区別し、気体部分のみを計算に含めるためです。