3 気体と三相(3):肺と酸素ボンベの基礎

気体の体積とモル数のお約束のおはなしです。

 

1モルの粒が気体になったとき、

標準状態なら、その体積は22.4ℓになります。

標準状態というのは、0℃で1気圧のこと。

粒は何でも構いません。

窒素でも、酸素でも、二酸化炭素でも。

1モル(6.02×10²³個の粒)の気体は、22.4ℓになります。

体積(ℓ)というのは、重さ(g)とは違った立体的な大きさのイメージ。

「1ℓペットボトル容器がどれくらい必要か」と考えれば、

ちょうどいい感じです。

気体は、ポンプなどの道具を使えば「押し込む」ことができます。

容器さえ頑丈なら

「1ℓの容器に2ℓ分の気体を押し込む」こともできます。

「押し込む」というのは、

「気体に圧力をかける」ということ。

この押し込む力と気体の体積には、一定の関係があります。

Aという力(PA)をかけたときの気体の体積(VA)と、

Bという力(PB)をかけたときの気体の体積(VB)には、

PA×VA=PB×VBという関係があります。

「同じ温度、同じモル数なら、

力と体積をかけたものは等しくなる」…ですね。

 

記号だとちょっとイメージしにくいので、具体例。

2ℓ分の空気があったとします。

1気圧のもとでは、2ℓ(1ℓペットボトル2個分)ですね。

2気圧をかけると…1ℓ(1ℓペットボトル1個分)になってしまいます。

先程の式に入れると

「1(1気圧:PA)×2(2ℓ:VA)=2(2気圧:PB)×1(1ℓ:VB)」です。

同じ気温とモル数なら、

かかる力と体積を掛け合わせたものは等しくなるのですね。

 

この関係は温度が変わっても使えます。

ただ、入れる温度には注意。

普段使う摂氏(℃)ではなく、

絶対温度(T=273+日常温度(℃))を入れますよ。

新しくできた式は

「(PA×VA)÷TA=(PB×VB)÷TB」です。

「絶対温度(T)を分母にする」ことが追加されましたね。

この式から分かってほしいことは、

「気体の圧力(P)は、容器の大きさ(V)と絶対温度(T)に左右される」です

 

ここまで分かったら、空気の話を思い出してください。

空気は、窒素や酸素や二酸化炭素が混ざった気体でした。

それぞれの気体はどれくらいあるのかな…がこのおはなしの始まりでしたね。

どれくらい(モル数)は、気体の圧力(P)に比例します。

空気の圧力は、地上では1気圧。

窒素が約4/5で、酸素が約1/5、残り僅かに二酸化炭素…でしたね。

窒素の圧力をP(N₂)、酸素の圧力をP(O₂)、

二酸化炭素の圧力をP(CO₂)とすると、

1気圧≒P(N₂)+P(O₂)+P(CO₂)です。

「約(≒)」なのは、他にも混ざっている気体があるから。

大まかにはP(N₂)が0.8気圧、P(O₂)が0.2気圧。

P(CO₂)はごくわずか…です。

このときの気体の圧力を「分圧」と呼んでいます。

酸素分圧と言われたら、

「酸素の粒による圧力」のことですね。

 

…もうそろそろ「こんなこと勉強して何になるのさぁ!」と

言いたくなるころですね。

次回は「肺の交換システムと血圧」のおはなしに入りますよ。