【コラム】気体の体積ってどう決まる？標準状態と22.4L｜文系のための高校化学基礎

「気体1molの体積は22.4L」

molの計算をする上で必須級のこの数値ですが、
気体の体積って何だろうって思いませんか？

気体のようにどこまででも広がるものの体積を定義するには、
温度と圧力が重要な役割を果たします。

この記事では

以下の疑問について分かりやすく解説をします。

気体におけるモヤっとするポイントを解決して、
共通テスト・定期テストに向けた基礎固めをしましょう！

気体は決まった形や体積を持たない

まずは気体の特徴を確認しましょう。

例えば酸素を考えます。

酸素を小さな容器に入れると、
その容器いっぱいに広がります。

大きな容器に入れると、
今度はその大きな容器いっぱいに広がります。

つまり気体は

決まった形や体積を持たない

という特徴があります。

これが、気体の体積って何？
と疑問に感じる原因ですね。

どうやって気体の体積を定義する？

気体の体積のイメージを皆が持っている反面、

気体1molの体積は22.4L

ということも暗記していると思います。

実際、問題集を解くときにはこの数値を使いますよね。

これは一見矛盾しているようにも見えますが、
実はそうではありません。

気体の体積は、温度と圧力を定めることで一意に決まるのです。

気体の体積と圧力・温度の関係

気体の体積と圧力の関係

例えば注射器を想像してください。

先端をふさいだ状態で押すと、
中の空気は小さくなります。

逆に引っ張ると、
空気は広がります。

つまり、

圧力を大きくする ⇒ 体積は小さくなる

圧力を小さくする ⇒ 体積は大きくなる

もっと正確に言うと、
気体の体積と圧力は反比例の関係にあります。

気体の体積と温度の関係

温度も重要です。

気体を温めると、
分子の運動が激しくなります。

すると容器を押す力が強くなり、
体積は大きくなろうとします。

反対に冷やすと、分子の運動は少なくなり、
体積は小さくなります。

気体の体積と温度（絶対温度）は比例の関係にあります。

気体の体積は圧力・温度を定めると一意に決まる

気体の体積と圧力は反比例の関係

気体の体積と温度（絶対温度）は比例の関係

これらを組み合わせて考えると、
気体の体積は圧力・温度を定めると一意に決まる
ということができます。

つまり1mol = 22.4L というの特定の圧力・温度における体積ということです。

この特定の状態のことを、標準状態といいます。

標準状態とは？

高校化学基礎では、

標準状態

= 0℃
= 1.013×10⁵Pa

と定義します。

この条件では、気体1molの体積が22.4L になります。

標準状態では分子の種類によらず22.4L

ここが面白いポイントです。

気体の体積を決めるポイントは温度と圧力です。

ここに気体の種類は関与しません。

酸素1molも22.4L

窒素1molも22.4L

二酸化炭素1molも22.4L

化学基礎では標準状態の気体1molは
気体の種類によらず22.4L として大丈夫です。

※実際の気体（実在気体）には分子間力がありますが、
高校化学基礎では理想気体として扱う場合が多いため、
基本的な計算問題では気体の種類による違いは考えません。

まとめ

気体の体積とは圧力・温度を定めることで一意に決まります。

標準状態（0℃, 1.013×10⁵Pa）の場合、
気体1molの体積は22.4L
となります。

基本的には理想気体を想定して出題されるので、
気体の種類によらず体積は一定と考えてOKです。

共通テストでは標準状態以外の気体計算はあまり出題されませんが、
室内環境（（20℃, 1.013×10⁵Pa）） では1molは22.4Lより多いか少ないか
などは答えられるようにしておきましょう。

温度が高いほど体積は増すので、
この場合は22.4L よりも多いです。