気体のモル質量計算ツールとは?
このツールは、測定できる4つの値——試料の質量(m)、体積(V)、圧力(P)、絶対温度(T)——から、気体のモル質量(M)を求めます。理想気体の状態方程式を利用しているため、未知の気体を特定したり、実験室で測定した分子量を素早く確認したりするのに役立ちます。
使い方
気体の質量をグラム(g)、占める体積をリットル(L)、圧力を気圧(atm)、温度をケルビン(K=℃+273.15)で入力してください。モル質量(g/mol)に加えて、物質量(モル数)と気体の密度も同時に表示されます。
計算式の解説
理想気体の状態方程式は \(PV = nRT\) で表されます。ここで \(n\) は物質量(モル数)です。モル数は \(n = m/M\) なので、これを代入すると \(PV = (m/M)RT\) となります。これをモル質量について解くと $$M = \frac{m\,R\,T}{P\,V}$$ が得られます。さらに密度 \(\rho = m/V\) を使えば、$$M = \frac{\rho\,R\,T}{P}$$ とシンプルに表せます。なお、圧力を atm、体積を L で表す場合、気体定数は \(R = 0.082057\ \text{L}\cdot\text{atm}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}\) を用います。
計算例
未知の気体 32 g が、1 atm・273.15 K(標準状態)で 22.414 L を占めるとします。モル数は $$n = \frac{1 \times 22.414}{0.082057 \times 273.15} \approx 1\ \text{mol}$$ となり、\(M = 32/1 = 32\ \text{g/mol}\)。これにより、この気体は酸素(O₂)であると特定できます。
よくある質問
どの単位を使えばよいですか? \(R = 0.082057\) に合わせるため、質量はグラム(g)、体積はリットル(L)、圧力は気圧(atm)、温度はケルビン(K)で入力してください。
理想気体としての挙動を前提としていますか? はい。実在気体は高圧・低温の条件で理想気体からずれますが、日常的な条件のほとんどでは理想気体の状態方程式で十分正確です。
摂氏(℃)のまま使えますか? いいえ。まず 273.15 を足してケルビンに変換してください。変換しないと計算結果が誤りになります。