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空気の重さ そのイチ 

空気に重さがあるのだろうか。これを実験で明らかにする方法もあろうが、とりあえず計算してみる。
1mol(モル)という単位がある。このモルという単位は、12gの炭素の中に含まれる原子(12Cの場合、ってこれも説明が必要?)の数を基準にしている。こうするとすべての原子は1mol集めると原子量にグラムをつけた質量になって便利。つまりこの1molとはすべての原子や分子を6.02x1023個集めた量なのだ。

酸素は標準状態では原子単体では存在しないので、酸素原子2つがくっついた酸素分子で計算する。すると…
酸素原子の原子量=16 分子は原子2つで作られるので分子量は=32
1molの酸素分子の重さは32gとなる。

空気の主成分である窒素の場合は…
窒素原子の原子量=14 分子は原子が2つくっついたものなので分子量は=28
1molの窒素分子は重さ28gである。

水分を含まない乾燥空気では約78%が窒素で約21%が酸素だ。残り1%はアルゴンや二酸化炭素であるが、簡単のため窒素を79%、酸素を21%として計算する。

1molの空気の重さは次のように計算できる。ちなみに空気も窒素も酸素も1molの時の数は同じである。

窒素1molのとき28g。空気に含まれる窒素は79%なので1molの空気に含まれる窒素は
28gx79%=22.12g

酸素1molのとき32g。空気に含まれる窒素は21%なので1molの空気に含まれる窒素は
32gx21%=6.72g

窒素と酸素の質量を足すと1molの空気の質量は28.84gとなる。

さてここで問題はモルは重さの計算には大変役に立つが、さっぱりどれだけの量なのかわからない。
モルってどれくらいの量なのか。

科学史をかなり端折りというか無視して答えを書くと、理想気体の0℃、1気圧の時の1molの体積は22.4Lと決めている。この理想気体というのが現実的にはやっかいなのだが、簡単のため理想気体というものを設定したのだ。だからここで空気も理想気体の性質を持ったものとして考えると、0℃、1気圧の時の1molの体積は22.4Lとならなければならない。

さて、ようやくこれで1Lの空気の質量がわかる。さきほど計算した結果の28.84gを22.4で割ってやれば1Lあたりの質量が計算できるはず。

すると0℃1気圧のときの空気1Lの質量は1.2875gだ。

こんなのが何の役に立つかというと、飛行船や熱気球が浮かぶための計算に役立つだろう。気体にも浮力というのが存在することが計算でもわかる。

さらに感覚的に信じにくいが旅客機が離陸するときの重量には空気の質量も含まれる。空を飛ぶモノには空気を運ぶ燃料も使うということのようだ。

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コメント

丁度勉強していたので、分かりやすく助かりました♪

Re: タイトルなし

> 丁度勉強していたので、分かりやすく助かりました♪
お役に立てたようでうれしいです。勉強がんばってください(^^)

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