高校の理論化学では「分圧」という考え方を教わる。これは抽象的で理解しにくいのだが、腑に落ちる考え方に気づいた。

分圧とは、ある容器に含まれる混合気体(複数の種類の気体が混合した気体)におけるそれぞれの種類の気体が担う圧力を示すもの。

分圧は「物質量に比例する」という特徴があるが、なぜそうなるかを説明しよう。

各種の気体が含む分子(あるいは原子)は容器の中を絶えず飛び回っており、一つ一つが容器に幾度となく衝突することになる。これが「圧力」である。飛び回っている 分子(あるいは原子) の数に比例して、容器に衝突する頻度は上がる。したがって物質量と分圧は比例するわけだ。

医療の世界では、血液中の「酸素分圧」や「二酸化炭素分圧」を調べたりするが、分圧と言っても 分子(あるいは原子) ごとに分ける必要はないのである。たとえば「陰イオンと陽イオン」のように複数の種類の 分子(あるいは原子) を一種類の気体として扱うこともできるだろう。

浮かんだ疑問

ここで一つ疑問に思うのが、「それなら、 分子(あるいは原子) の質量が大きければ、容器に衝突した際の威力も増すので圧力は高まるのではないか」ということだ。

おそらくこの予想は正しい。でも一般にそういうことを教える人はいない。なぜなら、ある気体について、それを構成する分子(あるいは原子) の質量 のみを変更するという操作が困難だからだ。

実行するとすれば、外部から 分子(あるいは原子) にエネルギーを与え、速度を光速に近づけるという方法がある。これにより、 分子(あるいは原子) の質量が増大する現象を観測できる。でも手軽にできる実験ではない。

これは予想だが、気体分子の速度と質量は反比例の関係があるのではないか?勉強する必要がある。