モル体積とは?
気体のモル体積とは、ある温度・圧力の条件下で、その気体1モルが占める体積のことです。理想気体の場合、状態方程式 \(PV = nRT\) で n を1モルとすれば直接求められます。この計算ツールは理想気体として扱えるすべての気体に対応しており、特定の国の制度に依存しない普遍的なツールです。
使い方
絶対温度をケルビン(K)で、圧力をキロパスカル(kPa)で入力してください。計算結果は1モルあたりのリットル(L/mol)と、1モルあたりの立方メートル(m³/mol)の両方で表示されます。初期値は273.15 Kと101.325 kPaに設定されており、これは古典的な「1 atm」での標準状態(STP)の定義にあたり、おなじみの22.414 L/molが得られます。
計算式の解説
\(PV = nRT\) を出発点として、両辺を n と P で割ると、モル体積 \(V_m = \frac{RT}{P}\) が得られます。
$$V_m = \frac{R \cdot \text{Temperature (K)}}{\text{Pressure (kPa)}}$$単位をすっきり揃えるため、ここでは気体定数 \(R = 8.314462618\ \text{L}\cdot\text{kPa}/(\text{mol}\cdot\text{K})\) を使用します。温度をK、圧力をkPaで与えれば、結果はそのままL/molの単位で求まります。なお「STP(標準状態)」には複数の定義がある点に注意してください。IUPAC(国際純正・応用化学連合)が定める現在のSTPは100 kPaを用い(約22.711 L/mol)、一方で古い慣例では1 atm = 101.325 kPaを用います(約22.414 L/mol)。
計算例
\(T = 273.15\ \text{K}\)、\(P = 101.325\ \text{kPa}\) の場合:
$$V_m = \frac{8.314462618 \times 273.15}{101.325} = \frac{2271.098\ldots}{101.325} \approx 22.414\ \text{L/mol}$$これは標準状態の気体について、多くの化学の学習者が暗記している値です。
よくある質問
計算結果が22.4とわずかに違うのはなぜですか? 正確な値は、どのSTPの定義と気体定数を使うかによって変わります。IUPACの100 kPa基準では約22.711 L/molとなり、22.4にはなりません。
実在気体にも使えますか? このツールは理想気体としての振る舞いを前提としています。常温常圧付近のほとんどの気体ではよく成り立ちますが、高圧や低温の条件では誤差が生じます。
温度の単位は何が必要ですか? ケルビン(K)です。摂氏(℃)から換算するには273.15を加えてください。