受験化学コーチわたなべ水銀柱を使った1気圧760mmHgとする問題の解き方と原理ツイートシェアはてブLINEPocketどうも、受験化学コーチわたなべです。水銀圧力計や水銀に関する問題が出題されたら無条件で思考停止してしまう。このような受験生も多いことでしょう。何を隠そう受験化学コーチわたなべもこのような水銀と圧力の関係恐怖症だった。受験化学コーチわたなべPaでやっていることを水銀柱に直してもいいのか?受験化学コーチわたなべ状態方程式とか使っていいのか?とかよく悩んでいたものです。本記事ではこのような状態方程式や圧力に関する問題をしっかり解決していきたいと思います。結論を言うと力のつり合いさえ理解しておけば全てうまくいきます。水銀柱や水銀圧力計で760mmHgとなる原理〜力のつり合いで証明〜しょうごなんで1気圧=1013hPa=760mmHgなのか?を解説していきます。760mmHgですがこれは「圧力」の単位です。「mmHg」と書いて「ミリメートル水銀」と読みます。Paやatmなどと同じです。760mmHgはPaと変換して計算を進める問題がよく出題されます。gをmolに変換してから計算するようなのと似ています。1気圧が760mmHgだと判明するまでの流れ水銀をガラス管内に埋め尽くします。このガラス管を立てます。このように水銀柱を立てると空間ができてそれ以上水銀が上に上がらなくなります。このガラス管の高さが760mmなのです。これが大気圧と760mm分の高さの水銀の重力がつり合うのです。760mmHgなのかというと、大気圧が水銀を押し上げます。これによって760mmがちょうど大気圧とつり合うのです。しょうごなぜ満タンだったのに空間ができるのでしょう?この空間は真空になっています。先ほどから言うように水銀に対する重力がしっかり大気圧と釣り合います。これを少し言い換えると、大気圧が持ち上げられる水銀柱の高さが760mmHgが限界だということです。ことは、ガラス管が760mm以上は持ち上げられなくなります。謎の空間はというと真空になっています。あの場所には、何も気体が入り込むはずもありませんよね。この空間のことをトリチェリーの真空と言います(トリチェリーは水銀柱に関して提唱した人です。)風呂場でペットボトルで水でやってみてもなかなか真空はできません。大気圧と釣り合う水が約10mも必要だからです。液体の中でちょうど実験するのにいい感じだったのが水銀だっただけです。受験化学コーチわたなべ1階の実験の測定を4階でしなければならなくなるよね!真空ならトリチェリーの真空っていう必要ないですよね。この理由は水銀が蒸発して水銀の蒸気圧分の圧力が存在するからです。いえ、大学受験レベルでは基本的に水銀の蒸気圧は無視しますので、受験生はあんま気にしなくて「真空」と捉えて大丈夫です。水銀柱の問題を解くときにガラス管の面積は関係ないしょうごこのように水銀の量が十分な時って、水銀柱のガラス管の面積に関係ないのか?と思ったことはありませんか?つまり、ガラス管の面積に関係あるのかないのか?結論、大学受験の問題集でも書かれていますが、しょうご問題を解く時にガラス管の面積が与えられてないことが多いんですけど!って思う人もいると思います。問題集の解説をみてみたのですが、このように書かれていて困っていたと思います。あと計算のため1.0cm2にするなんて人生で1回もやったことないぞ!このようなことがあるので、問題集の解答解説はなかなか使えないことが多いんですよ。このガラス管の断面積が関係ない理由を数式でみていこうと思います。計算で考えていけばいいのですが、当然この記事の最初にいった通り「つり合い」さえわかれば十分なわけです。実際に計算をしてみます。水銀の密度をdとし、問題のガラス管の面積をSとします。水銀の重力=大気圧がガラス管の面積Sを押す力このようなつり合いの式ができます。gは重力加速度なので良いとして、水銀の質量mはd(密度)×760mm×Sです。ことは重力はd×760mm×S×gです。これと大気圧1013hPaがガラス管のSを押し込む力は1013×Sです。これよりつり合いから等式を作ると、d×760×S×g=1013×Sというようになります。これにより両辺でSはこの等式から消え去ってくれます。このようにSが10,000,000m2だろうが、100mm2だろうが関係ありません。水銀が十分あれば、水銀柱の太さにはよらず1気圧=760mmHgになります。問題を解くときのテクニック「ガラス管の断面積は関係ない!」なんて覚えなくてもこんなものは普通に面積をSと文字でおけるようになって欲しいところです。数学でも物理でもよくあることなんですが、与えられてないけど自分が必要だな〜って思う物理量を適当に文字でおいてみることはお勧めします。後から消えてくれます。(物理の電磁誘導あたりでよく使うテクニックです。基本的に水銀柱の問題は圧力を水銀柱で与えられます。受験化学コーチわたなべガラス管内の真空部分に水素と酸素を入れると水銀柱の高さは700mmとなった。このように与えられます。これから加えられた水素と酸素の混合気体の圧力は60mmHgだとわかります。ここから化学変化があるとします。水素と酸素が燃焼で水になったりします。なるとこういう時は、mmHgをhPaに変換していかなければならないのです。問題にもよりますが、大半の問題はmmHgをhPaに変換して計算し、最終的な答えは「mmHg」で導出する問題が多いです。水銀柱を使うことで、圧力は全てミリメートル水銀で表されます。計算はhPaでするのです。最終的にその求めたhPaをmmHgに戻す、または水銀の高さにしなければ求められない問題ばかりです。方針としては、mmHgからmmHgを直接求められれば嬉しいけど、なんだかんだ求めるのは不可能なので、一度hPaを水銀柱の簡単な問題ならいいのですが、水銀柱のトリチェリーの真空部分に気体を入れてみたり、その気体を燃焼させてみたりと、様々な工夫を凝らしてこういう問題の時に、水の蒸気圧がhPaやPaで表されて、水銀柱がmmHgのまんま表されることがあります。このような計算で大事なのは、「迂回」です。「mmHg」→「hPa」→「hPa」→「mmHg」のようにします。蒸気圧やらをmmHgに直してもいいのですが、計算がだるいことが多いですし、その前の問題で誘導でhPaやPaで表せられるようにされることがよくあります。このように、水銀柱の問題を解説してきました。言って水銀柱というより気体の問題を理解していない人が多いです。水銀柱の問題がわからない人はおそらく気体でつまづいている水銀柱や水銀圧力計の問題でつまづいている人に聞きたいのですが、そもそも気体の扱いはバッチリですか?水銀柱の問題ってPaがmmHgと混ざるだけの問題がほとんどで、特に新しく習う理論なんてほとんどありません。最初にいった通り「つり合い」だけわかっていたらOKです。そもそも根本的に気体の反応に関する問題を解けない人が多いです。混合気体を「図」を書くことで解く方法を無料教材で解説しています。ダウンロードしてみてください。本記事のまとめ水銀柱は「つり合い」がわかれば全てわかる圧力の単位にすぎない水銀柱が苦手な人はそれ以前に気体の問題が解けない結局のところ水銀柱って別に特別珍しいものではなくて、つり合いがわかれば簡単なんですよ。大事なのは気体の計算が確実にできることです。それ以外は単位をしっかり考えることです。混合気体の問題を図を書くことで解きこなす方法の無料テキスト合わせて読みたいヘンリーの法則はなぜ苦手?わかりやすく単純な解法を公開!混合気体の分圧、分体積の計算法〜史上最強の解法がここに〜気体の問題攻略!状態方程式の入試での図の使い方!わたなべのお知らせ!理論化学ツイートシェアはてブLINEPocketfeedlyコメントを残すコメントをキャンセル元素やイオンの接尾語と意味まとめ大学受験でいくら勉強しても全く偏差値も成績も伸びない人向けのある理論RECOMMENDこちらの記事も人気です。受験化学コーチわたなべ浪人の夏休みまで死ぬほど勉強したにも関わらず偏差値50を割ることも。そんな状態から効率よく化学を学び化学の偏差値を68まで爆発的に伸ばした。その経験を塾講師としてリアル塾で発揮するも、携われる生徒の数に限界を感じ化学受験テクニック塾を開講。自己紹介の続きを読む。浪人時に化学の偏差値を爆上げした経験から塾講師として活躍。塾で教えていた時に感じたカリキュラムへの違和感や、もっと多くの人の成績をあげられるようにしたいと決意し、大学3年生の時に「化学受験テクニック塾」を開設。