質問者は、酸素の溶解度に関してヘンリーの法則を考慮した問題に直面しています。ヘンリーの法則に基づいて、圧力が変化した場合に溶解する気体の体積がどのように変化するかについて、さらに詳しく解説していきます。この記事では、問題における計算方法とヘンリーの法則の理解を深めるためのポイントを解説します。
ヘンリーの法則とは？
ヘンリーの法則は、温度が一定であれば、気体の溶解度は圧力に比例するという法則です。この法則により、圧力が高いほど水に溶ける気体の量が増えることが示されています。数学的には、ヘンリーの法則は次のように表されます。
c = kP
ここで、cは溶解した気体のモル濃度、kはヘンリー定数、Pは気体の部分圧です。つまり、圧力が高くなると気体の溶解度も高くなるという関係が成り立っています。
圧力の変化と溶解する体積
質問で示された問題において、酸素の溶解体積が異なる圧力でどう変化するかを計算するためには、まずヘンリーの法則を適用します。最初の条件として、圧力1.0×10^5Paで水1.0Lに49mLの酸素が溶けるとあります。次に、圧力が2.0×10^5Paに増加した場合に、10Lの水に溶ける酸素の体積を求めます。
ヘンリーの法則を基に、圧力が2倍になると溶解体積も2倍になるため、溶解体積は49mLの2倍である98mLとなります。
1.0×10^5Paに換算する方法
問題の(2)の質問では、圧力が1.0×10^5Paに戻した場合の体積を求める必要があります。ここでのポイントは、圧力と体積の関係が比例することです。圧力が2倍になった場合、体積も2倍になるため、1.0×10^5Paに戻すと、溶ける酸素の体積も元の49mLに戻ります。
つまり、1.0×10^5Paに換算すると、溶ける酸素の体積は49mLに戻ります。これは、圧力が半分になることで溶解する体積も半分になるためです。
ヘンリーの法則と溶解度の計算のポイント
ヘンリーの法則を理解するためには、圧力と体積がどのように比例するかを覚えておくことが重要です。圧力が増すことで、より多くの気体が溶けることになりますが、温度が一定でなければならないことを忘れてはいけません。また、問題のように圧力が2倍になった場合には、溶解する気体の体積も2倍になることを確認してください。
この考え方を基に、実際の計算では圧力と体積の関係が明確に示されるため、計算がスムーズに行えます。
まとめ
ヘンリーの法則に従い、圧力が変化することで気体の溶解度も変化します。圧力が2倍になれば、溶ける気体の体積も2倍になり、圧力が1.0×10^5Paに戻ると、溶ける酸素の体積も元の量に戻ります。このように、ヘンリーの法則を活用することで、圧力と体積の関係を明確に理解し、溶解度の計算を行うことができます。
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