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物理化学における専門的な定義
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(物理化学における専門的な定義)
'''分圧'''(ぶんあつ、[[英語]]:partial pressure)とは、[[電気工学]]および[[物理化学]]において異なる意味を持っており、もつ。この項目ではそれぞれの'''分圧'''について説明する。
{{出典の明記|date=2011年7月}}
'''分圧'''(ぶんあつ、[[英語]]:partial pressure)とは、[[電気工学]]および[[物理化学]]において異なる意味を持っており、この項目ではそれぞれの'''分圧'''について説明する。
 
== 電気工学における分圧 ==
{{Main|分圧回路}}
電気回路において、2つ以上の[[抵抗器]]を[[直列回路と並列回路#直列回路|直列]]に接続したときに、一方の抵抗器にかかる電圧は2つの抵抗器に掛かる電圧より低くなる。このようにして電圧を下げ、必要な電圧を取り出すことを'''分圧'''という。[[オームの法則]]より、2つの抵抗器に掛かる電圧は抵抗器の抵抗値に比例する。また、この回路は[[分圧回路]]と呼ばれる。
 
== 物理化学における分圧 ==
=== 素朴な定義 ===
多成分からる混合[[気体]]におけるいて、ある1つの成分が混合気体と同じ[[体積]]を単独で占めたときの[[圧力]]を、そこと。成分の'''分圧'''
({{Lang-en|partial pressure}})という<ref>[[#ムーア物理化学|ムーア物理化学]] p.28</ref>。たとえば[[酸素]]の分圧は[[酸素分圧]]と呼ばれる。
 
[[ジョン・ドルトン|ドルトン]]の[[分圧の法則]]によれば、混合気体の圧力([[全圧]])は各成分の分圧の和に等しい。よって、分圧の法則が成り立つ混合気体であれば、ある成分 {{mvar|i}} の分圧 {{mvar|P<sub>i</sub>}} は
混合気体における、ある成分 ''i'' の分圧を ''P<sub>i</sub>''、[[モル分率]]を ''X<sub>i</sub>''、混合気体の圧力(全圧)を ''P'' とすると、
{{indent|<math>P_i = X_i P</math>}}
: ''P<sub>i</sub>'' = ''X<sub>i</sub> P
のように全圧 {{mvar|P}} に係数として[[モル分率]] {{mvar|X<sub>i</sub>}} を使って簡単に表すことができる。混合気体が[[理想気体の状態方程式]] {{math|1=''PV'' = ''nRT''}} に従うなら、この混合気体では分圧の法則が成り立つ。すなわち、理想混合気体の成分 {{mvar|i}} の分圧は {{math|1=''P<sub>i</sub>'' = ''X<sub>i</sub>P''}} で表すことができる。それに対して混合気体が {{math|1=''PV'' = ''nRT''}} に従わないときには、ふつうは分圧の法則が成り立たないので {{math|1=''P<sub>i</sub>'' &ne; ''X<sub>i</sub>P''}} である。
のように全圧に係数としてモル分率を使って簡単に表すことが出来る。これは[[ドルトンの法則]]から導かれる。
 
=== 専門的な定義 ===
たとえば[[酸素]]の分圧は[[酸素分圧]]と呼ばれる。
混合気体中の2つの成分が[[化学平衡]]の状態にあるときには、これらの成分は混合気体と同じ体積を単独では占めることができない。よって、上述の方法ではこれらの成分の分圧を定義することはできない。たとえば[[二酸化窒素]]は[[四酸化二窒素]]と
{{indent|<math>2\mathrm{NO_2} \rightleftharpoons \mathrm{N_2O_4}</math>}}
で表される平衡状態にある。そのため、NO{{sub|2}} と N{{sub|2}}O{{sub|4}} の混合気体から NO{{sub|2}} または N{{sub|2}}O{{sub|4}} の一方のみを取り出すことは不可能である。
 
このような場合でも各成分の分圧が定義できるように、専門的には成分 {{mvar|i}} の分圧 {{mvar|P<sub>i</sub>}}
{{Sci-stub}}
を次式で定義する<ref>IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version: http://goldbook.iupac.org (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates compiled by A. Jenkins. {{doi|10.1351/goldbook.P04819}}</ref>。
{{indent|<math>P_i = X_i P</math>}}
ここで {{mvar|P}} は混合気体の全圧で、{{mvar|X<sub>i</sub>}} は成分 {{mvar|i}} の[[モル分率]]である。この式を定義式とすることで、混合気体と同じ体積を単独では占めることができない成分についても分圧を定義することができる。また、分圧の法則が成り立たない混合気体についても {{math|1=''P<sub>i</sub>'' = ''X<sub>i</sub>P''}} がすべての成分について成り立つ。すなわち、[[理想気体]]であれ[[実在気体]]であれ任意の混合気体について分圧が定義できる<ref>[[#アトキンス第8版|アトキンス第8版]] p. 13</ref>。
 
分圧を {{math|1=''P<sub>i</sub>'' = ''X<sub>i</sub>P''}} で定義すると、各成分の分圧の和はいつでも全圧に等しい。ドルトンの法則が成り立たないような混合気体においても、各成分の分圧の和が全圧に等しくなる。したがって、この定義のもとでドルトンの法則について述べるときは
{{Quotation|混合気体の全圧は、各成分気体が混合気体と同温・同容積において示す圧力の和に等しい|[https://kotobank.jp/word/%E3%83%89%E3%83%AB%E3%83%88%E3%83%B3%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87-586220 デジタル大辞泉『ドルトンの法則』]}}
というように、分圧という言葉を使わずに述べなければならない。
 
== 脚注 ==
{{Reflist}}
 
== 参考文献 ==
*{{Cite book|和書
|author=W. J. ムーア
|title=ムーア物理化学
|publisher=[[東京化学同人]]
|edition=第4版
|volume=上
|others=藤代亮一 訳
|year=1974
|isbn=4-8079-0002-1
|ref=ムーア第4版
}}
*{{Cite book|和書
|author=Peter Atkins
|author2=Julio de Paula
|title=アトキンス物理化学
|publisher=[[東京化学同人]]
|edition=第8版
|volume=上
|others=千原秀昭、中村亘男 訳
|year=2009
|isbn=978-4-8079-0695-6
|ref=アトキンス第8版
}}
 
== 関連項目 ==
* [[蒸気圧]]
* [[ヘンリーの法則]]
* [[平衡定数]]
 
{{DEFAULTSORT:ふんあつ}}
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