【コラム】空気の平均分子量とは？混合物の平均分子量の求め方をわかりやすく解説｜文系のための高校化学基礎

「空気ってそもそも化学式で表せるんだっけ…」

「というか平均分子量って何？」

二酸化炭素や酸素の分子量は出せるけど、混合物の平均分子量の求め方が分からない。

テスト前の高校生でよく見かけます。

混合物の平均分子量の計算は一見複雑に見えますが、
解法を理解すれば得点源にすることができる単元です。

空気の平均分子量の計算方法を通して、
混合物の平均分子量の求め方をマスターしましょう！

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混合物の平均分子量とは？：空気の平均分子量

空気はいくつかの分子が混ざった混合物です。

そのためO₂ やCO₂ のように一種類の分子で表すことはできません。

しかし、空気に含まれている分子を一つ一つ上げていくことはできますね。

さらにそれらの構成比（N₂が○○％でO₂が○○％…）も調べることができます。

実は空気のような混合物も、
構成する物質たちの比率が一定であると定めれば、
その平均の分子量を求めることができるのです。

H₂O は水原子が２つと酸素原子が１つだから分子量18と求められるように、
空気もN₂が○○％でO₂が○○％… と定義することで平均分子量が定められます。

混合物の平均分子量の計算方法：空気の平均分子量はいくつ？

では実際に計算してみましょう。

今回は簡単のため：

• N₂：80%
• O₂：20%

として近似します。

空気を100mol用意すると、
そのうち80mol は窒素で、20mol は酸素である
ということです。

この空気1molの分子量が求められればクリアです。

• N₂ の分子量 → 28
• O₂ の分子量 → 32

まずは空気100molの質量を求めましょう。

80mol は窒素で、20mol は酸素であるから

80 ×窒素の分子量 ＋20 × 酸素の分子量
＝ 80 ×28 + 20 × 32
= 2880 g

空気100molで2880g
では空気1molは何gでしょうか？

2880 ÷ 100
= 28.8

このように、空気の平均節量は28.8 と求めることができます。

$\frac{80 \times 28+20 \times 32}{100}=28.8$

実際はこのように分数で一気に求めます。
平均分子量の考え方を理解したら、この計算方法まで身に付けましょう。

まとめ

空気のような混合物も構成する純物質の比を決めることで、
その平均分子量を求めることができます。

まずは全体を100molとしてていねいに計算する方法を覚えましょう。

それが身についたら
$\frac{80 \times 28+20 \times 32}{100}=28.8$
分数で解く方法も覚えましょう。

今回とは逆の流れですが、
平均分子量から構成比を求める問題も今日つテストでは頻出なので
そちらも答えられるように準備をしておきましょう。

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