🎈 気体の状態方程式 PV=nRT

📖 気体の状態方程式 PV=nRTの使い方と解説

気体の圧力・体積・物質量・温度のうち3つを入力すると、残りの1つを自動で計算できます。理想気体の状態方程式 PV=nRT を使うので、高校化学や大学の基礎化学、実験データの確認にそのまま役立ちます。

使い方

• 圧力 P：気体が容器に与える圧力（Pa または atm）を入力します。
• 体積 V：気体が占める体積（L または m³）を入力します。
• 物質量 n：気体の量（mol）を入力します。
• 温度 T：絶対温度（K）で入力します。摂氏のときは +273.15 して変換します。
• 求めたい1項目を空欄にし、残り3項目を入れると答えが表示されます。

計算のしくみ・計算式

基本となる式は PV = nRT です。R は気体定数で、SI単位では R = 8.314 J/(mol·K) を使います。求めたい値ごとに次のように変形します。

• 圧力：P = nRT ÷ V
• 体積：V = nRT ÷ P
• 物質量：n = PV ÷ (RT)
• 温度：T = PV ÷ (nR)

数値例：1 molの気体を 0 ℃（273.15 K）、体積 22.4 L（=0.0224 m³）に入れたときの圧力は、P = 1 × 8.314 × 273.15 ÷ 0.0224 ≒ 101,400 Pa となり、ほぼ1気圧（101,325 Pa）になります。これが「標準状態で1 molの気体は約22.4 L」と言われる根拠です。

よくある質問

Q. 温度はなぜセルシウス（℃）ではなく絶対温度（K）なのですか？

A. PV=nRT は絶対温度に比例する式だからです。℃のまま計算すると比例関係が崩れて誤った値になります。℃ + 273.15 で K に直してから入力してください。

Q. 気体定数 R の値はいくつを使えばよいですか？

A. 単位の組み合わせで変わります。Pa・m³・K なら R=8.314 J/(mol·K)、atm・L・K なら R=0.0821 L·atm/(mol·K) です。入力単位に合うRを選ぶことが大切です。

Q. 実在の気体でも正確に計算できますか？

A. PV=nRT は理想気体の式です。常温・常圧の空気などはほぼ一致しますが、高圧・低温で分子間力や分子の体積が効く条件ではずれます。厳密にはファンデルワールスの式などを使います。

知っておくと役立つこと

• 単位は必ずそろえること。体積は L と m³ で1000倍違うため、混在すると桁が大きくずれます（1 m³ = 1000 L）。
• 温度や物質量が同じなら、圧力と体積は反比例（ボイルの法則）、圧力一定なら体積は絶対温度に比例（シャルルの法則）。PV=nRT はこれらをまとめた式です。
• 質量から物質量を出すときは n = 質量 ÷ モル質量。例えば酸素 32 g は 32 ÷ 32 = 1 mol として n に入力できます。