【化学基礎】物質量と粒子の数、質量、気体の体積の関係を解説

物質量ってどんな風に使うのか分かりません！

では本日は物質量と粒子の数の関係を考えていきましょう！

まず物質量は「粒子の数を6.0×10²³個集めたものを1molとする個数の単位」です。
「12個を1ダース」と言うように「6.0×10²³個は1mol」といった感じで、原子をパックにしたような感じです。

なんでそんな中途半端な数を1molにしたんですか？

実はこれ、「質量数12の炭素原子を集めてちょうど12gになるときの個数が6.0×10²³個」だったんです。

でた！質量数12の炭素原子！！化学の人は質量数12の炭素原子好きだったんですかね？

以前の記事はこちら↓↓

さきほど出てきた6.0×10²³個は分子説という理論を提唱したアボガドロさんにちなんでアボガドロ数といいます。
そこで、粒子の個数を物質量に直す計算は以下の通りです。

$物質量[mol]=\dfrac{粒子の個数[個]}{アボガドロ定数[個/mol]}$

1[mol]の酸素分子に含まれている酸素原子の数は分かりますか？

えーっと、0.5[mol]とかですか？

不正解です！正解は2[mol]です。
例えば1個の酸素分子には何個の酸素原子が含まれていますか？

2個含まれています！

そうですよね！では、1ダース(12個)の酸素分子には、何個の酸素原子が含まれていますか？

24個、つまり2ダースになりますね！

その通りです、したがって1[mol](6.0×10²³個)の酸素分子には2[mol]の酸素原子が含まれていることが分かると思います！注意しながら考えていきましょう！

先ほど話したように1[mol]は質量数12の炭素原子が12[g]になる粒子の個数となっています。

これは他の原子の相対質量や原子量にも応用できますか？

もちろんです！1[mol]あたりの粒子の質量はその粒子の原子量や相対質量に一致します。
それをモル質量[g/mol]といいます。

つまり、モル質量は原子量や分子量などに[g/mol]をつけたものなんですね！

その通り！物質の質量が分かれば、モル質量を使って、物質量を求めることもできますよ。

$物質量[mol]=\dfrac{粒子の質量[g]}{モル質量[g/mol]}$

まず、気体の体積の話をする前に標準状態の話をしていきます。
標準状態とは気温が0℃で、圧力が1.013×10⁵Paの状態です。

標準っていう割には少し寒い状態ですね(笑)

おなじみにアボガドロさんですね。いろんな発見をしてるんですね。

そうですね(笑)
この法則は「同じ分子の数の気体は、同温・同圧のときは体積も等しい」というものです。

同じ温度・同じ気圧の環境で違う物質を同じ数だけ用意したら、違う物質同士でも体積は一緒ということですね！
ちなみに先ほどでた標準状態では何[L]になりますか？

いい質問です。標準状態の1[mol]の気体の体積は22.4[L]となります。
したがって以下の公式が成り立ちますね！

$物質量[mol]=\dfrac{標準状態の体積[L]}{22.4[L/mol]}$