5.3:
理想気体の状態方程式の適用性：モル質量、密度及び体積
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理想気体の状態方程式の適用性：モル質量、密度及び体積
物質の 1 モルが占める体積を、その物質のモル体積といいます。 理想気体の状態方程式である PV = nRTは、特定の気体の量と、特定の気体の量のモル数が、圧力と温度の変化に応じて変化することを示唆しています。 標準的な温度および圧力（ STP 、 273.15 K および 1 atm ）では、理想気体の 1 モルの体積は（気体の種類に関係なく）約 22.4 L です。これは標準的なモル体積と呼ばれます。
たとえば水素、酸素、アルゴン、または二酸化炭素のそれぞれ 1 モルは STP で 22.4 リットルを占めています。 これは、 STP で 0.5 モルの気体が 11.2 L の体積を持ち、同様に STP で 2 モルのガスが 44.8 L の体積を持つことを意味します。
理想気体の状態方程式は、気体の化学的性質に関係なく、気体の圧力、体積、モル数、および温度を関連づける普遍的なものです。
一方、気体の密度 d は、気体の種類によって決まります。 密度は体積に対する質量の比率です。 理想気体の状態方程式を再配置してVを分離し、密度方程式に代入すると、次のようになります。
モル質量 M の定義は、質量とモル数の比 m/nです。：
密度方程式は、次のように記述できます
この方程式は、気体の密度が圧力とモル質量に正比例し、温度に反比例することを示しています。 例えば、 CO2 （モル質量 = 44 g/mol ）は N2 （モル質量 = 28 g/mol ）または O2（モル質量 = 32 g/mol ）よりも重いため、空気より密度が高くなります。このため、 消火器から放出された CO2 は火災を消火し、酸素が可燃物に近づくのを防ぎます。 熱気球が持ち上がる現象は、同じモル質量（空気など）の気体は、温度が高くなると密度が低くなるため、熱気球が浮くことができるという関係にあります。