物質の状態と気体（知識）の問題
実在気体は、分子間力がはたらくことと、分子自身が体積をもつことのために、理想気体の状態方程式 に完全には従わない。
一定量のある実在気体について、温度と圧力の条件を変えたとき、そのふるまいが理想気体に最も近くなる条件として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、どの条件でも気体は凝縮せず、気体のままであるとする。
- ア 低温・高圧
- イ 高温・低圧
- ウ 低温・低圧
- エ 高温・高圧
この問題で使うもの
- 実在気体と理想気体のずれ（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（16 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
技能「実在気体と理想気体のずれ」を使います。実在気体がずれる 2 つの原因（分子間力・分子自身の体積）を、それぞれ小さくする条件を考えましょう。
ヒント 2
温度が高いほど熱運動が激しくなって分子間力の影響が小さくなり、圧力が低いほど分子どうしの間隔が広がって分子自身の体積が無視できるようになります。
ヒント 3
分子間力の影響を小さくするのは「高温」なので、低温を含むアとウは除けます。残る 2 つのうち、分子自身の体積の影響が小さいのはどちらの圧力かを考えましょう。
答えと解説
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イ
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解説を読む
使う技能: 実在気体と理想気体のずれ
理想気体は「分子間力がはたらかない」「分子自身の体積が 0」と考えた仮想的な気体である。実在気体が理想気体からずれる原因は、この 2 つが実在気体では無視できないことにある。そこで、2 つの原因がそれぞれどんな条件で小さくなるかを考える。
(1) 分子間力の影響（温度で考える）
温度が高いほど分子の熱運動が激しくなり、分子間力によって分子どうしが引き合う影響が相対的に小さくなる。よって、分子間力の影響を小さくするには 高温 がよい。
(2) 分子自身の体積の影響（圧力で考える）
圧力が低いほど気体の体積が大きくなり、分子どうしの間隔が広がる。すると、気体全体の体積に比べて分子自身の体積が無視できるほど小さくなる。また分子どうしが離れるので、分子間力の影響も小さくなる。よって 低圧 がよい。
以上より、理想気体に最も近づくのは 高温・低圧 である。
各選択肢について
- ア（低温・高圧）: 分子間力の影響も分子自身の体積の影響も大きくなるので、理想気体から最もずれやすい条件であり、誤り。
- イ（高温・低圧）: 2 つの原因の影響がともに小さくなるので、正しい。
- ウ（低温・低圧）: 低圧なのはよいが、低温では熱運動がおだやかになり分子間力の影響が大きくなるので、誤り。
- エ（高温・高圧）: 高温なのはよいが、高圧では分子どうしが接近し分子自身の体積の影響が大きくなるので、誤り。
よって答えは イ である。
別解
実在気体は高温では分子の運動エネルギーが大きく分子間力の影響が小さくなり、低圧では分子間距離が大きく分子自身の体積の影響が小さくなる。したがって高温・低圧で理想気体に最も近くなる。よってイ。