スキューバダイビングにおける海の深さと圧力の間の相互依存

図9. スキューバダイバーは、グレートバリアリーフであろうとカリブ海であろうと、体内の加圧ガスに関連するリスクを避けるために、浮力、圧力均等化、および水中で過ごす時間を認識する必要があります。 （クレジット: カイルテイラー）

オーストラリアのグレートバリアリーフ（図9に示す）やカリブ海でのスキューバダイビングかどうか、ダイバーは圧力が彼らの快適さと安全

圧力は海の深さとともに増加し、ダイバーが表面に到達するにつれて圧力が最も急速に変化します。

圧力は海の深さとともに増加します。 ダイバーが経験する圧力は、ダイバーの上にあるすべての圧力（水と空気から）の合計です。 ほとんどの圧力測定値は大気の単位で与えられ、ダイビングコミュニティでは”atmospheres absolute”またはATAとして表されます: 海水のすべての33フィートは、海面での大気からの圧力の1ATAに加えて、圧力の1ATAを表します。

ダイバーが降りると、圧力の上昇は耳と肺の体のエアポケットを圧縮させ、上昇すると、圧力の低下はこれらのエアポケットを拡大させ、鼓膜を破裂させたり、肺を破裂させたりする可能性がある。 したがって、ダイバーは正常に呼吸することによって降下時に体の空気空間に空気を加え、鼻から呼吸することによってマスクに空気を加えたり、イコライゼーションテクニックによって耳や副鼻腔に空気を加えたりすることによってイコライゼーションテクニックを維持するために身体から空気を放出しなければならない。浮力、またはダイバーが沈むか浮くかを制御する能力は、浮力補償器（BCD）によって制御されます。

浮力補償器（BCD）によって制御されます。

浮力補償器（BCD）によ ダイバーが上昇している場合、ボイルの法則に従って低い圧力のために彼のBCD内の空気が膨張する（ガスの圧力を減少させると体積が増加する）。 膨張する空気はダイバーの浮力を増加させ、彼女または彼は上昇し始める。 ダイバーは、BCDから空気を排出するか、肺を破裂させる可能性のある制御されていない上昇を危険にさらす必要があります。 下降では、増加した圧力によりBCDの空気は圧縮し、ダイバーははるかにすぐに沈む;ダイバーはbcdに空気を加えるか、または海底の近くで大いにより高い圧力に直面して制御されていない降下を危険にさらさなければならない。

この圧力は、ダイバーが上昇する前に水中に留まることができる時間にも影響します。

ダイバーが33フィート潜る場合、圧力は2ATAであり、空気は元の容積の半分に圧縮される。 ダイバーは表面で利用できる空気の上で速く二度使用する。

図10があります。 ガスの与えられた容積のモル数は圧力および温度変化と変わるので、化学者はガスの特性を報告するのに標準的な温度および圧力（273.15Kおよび1気圧か101.325kPa）を使用します。

主要な概念と概要

ガスの挙動は、その特性の実験的観測に基づいていくつかの法則によって記述することができます。 与えられた量のガスの圧力は、体積が変化しない限り、その絶対温度に正比例する（アモントンの法則）。 与えられたガスサンプルの体積は、一定の圧力での絶対温度に正比例する（チャールズの法則）。 温度が一定に保たれているとき、所与の量のガスの体積はその圧力に反比例する（ボイルの法則）。 温度および圧力の同じ条件の下で、すべてのガスの等しい容積は分子の同じ数を含んでいます（Avogadroの法則）。

これらの法則を記述する方程式は、理想気体法則の特別な場合であり、PV=nRT、Pはガスの圧力、Vはその体積、nはガスのモル数、Tはケルビン温度、Rは理想的な（普遍的な）気体定数である。

キー方程式

• PV=nRT

演習

1. 暑い日に自転車を太陽の下に放置すると、パンクの原因となります。 どうして？
2. スキューバダイバーによって排出された気泡の体積（図8）が表面に上昇するにつれてどのように変化するかを説明します。
3. ボイルの法則を述べる一つの方法は、”他のすべてのものが等しく、ガスの圧力はその体積に反比例する。”
   1. “反比例”という用語の意味は何ですか？”
   2. 等しくなければならない”他のもの”は何ですか？アボガドロの法則を述べる別の方法は、「他のすべてのものが等しく、ガス中の分子の数はガスの体積に正比例する」ということです。”
      1. “正比例”という用語の意味は何ですか？”
      2. 等しくなければならない”他のもの”は何ですか？
   3. 曲線を決定するために使用されたサンプル中のガスのモル数が倍増した場合、図4のグラフはどのように変化しますか？
   4. 曲線を決定するために使用されたサンプル中のガスのモル数が倍増した場合、図5のグラフはどのように変化しますか？
   5. 図5のデータに加えて、グラフを決定するために使用される空気のサンプルの質量を見つけるために他にどのような情報が必要ですか？
   6. 図4を使用して、1molのCH4ガスの体積を150Kおよび1気圧で求めます。
   7. 図5に示すシリンジ内のガスの圧力を、その体積が12.5mLのときに決定します。
      1. 適切なグラフ
      2. ボイルの法則
   8. スプレー缶は、1344torrの圧力を持つ推進剤ガスを除いて空になるまで使用されます23℃で缶が空になると、缶が空になるまで使用されます。火（t=475°c）、熱い缶の圧力は何ですか。
   9. 11.2-lの一酸化炭素、COのサンプルの温度は744torrで、13.3Lを55℃で、744torrを占めている場合はどうですか？
   10. A2.-196℃で測定された水素の50-L体積は、100℃に温められます圧力の変化がないと仮定して、より高い温度でのガスの体積を計算します。
   11. 空気の三つの呼吸で膨張したバルーンは、1.7Lの体積を有する同じ温度と圧力で、五つの同じサイズの呼吸がバルーンに追加された場合、バルーンの体積は
   12. 気象気球は、8.80モルのヘリウムを0.992気圧の圧力で含み、地上では25℃の温度である。 これらの条件下でのバルーンの体積はいくらですか？
   13. 自動車用エアバッグの体積は66.8lで、窒素ガス77.8gで25°Cで膨張したときであった。 KPaの袋の中の圧力は何でしたか？
   14. 圧力が1.220気圧の場合、4.3410-L電球には788.0Kのガス状三フッ化ホウ素BF3のモル数が含まれていますか？ BF3のどのように多くのグラム？
   16. ヨウ素、I2は、室温で固体ですが、加温すると昇華（固体からガスに変換）します。 0.462気圧の圧力で0.292gのI2蒸気を含む73.3mL電球の温度はいくらですか？
   17. 以下の各ケースには何グラムのガスが存在しますか？
       1. 0.100LのCO2 307torrと26℃で
       2. 8.75LのC2H4、378.3kPaと483Kで
       3. 221mLのArで0.23torrと-54℃で
   18. 高高度バルーン1.41×104lの水素を温度21℃、圧力745torrで測定した。 温度が-48℃、圧力が63.1torrである20kmの高さでのバルーンの体積はいくらですか？
   19. 医療用酸素のシリンダーは35.4Lの体積を有し、圧力151気圧、温度25℃でO2を含む。 通常の身体状態、すなわち1気圧および37℃では、これはどの量のO2に対応していますか？
   20. 容積が18Lの大型スキューバタンク（図8）は、220barの圧力で定格されています。 タンクは20°Cで満たされ、2.37気圧（45フィートの深さ）の圧力でダイバーに空気の1860のLを供給するのに十分な空気を含んでいる。 タンクは20℃で容量に充填されていましたか？
   21. 11.34kgのブタン、C4H10を含む20.0Lシリンダーを大気に開放した。 シリンダー内の圧力が大気圧、0.983気圧、温度27℃に等しくなるまで、シリンダー内に残っているガスの質量を計算します
   22. 休んでいる間、平均70kgの人間の男性は14Lの純粋なO2を25℃、100kPaで消費します。 どのように多くのo2のモルは、70キロの男性が1.0時間休んでいる間に消費されますか？
   23. 理想的な挙動を示すガスの与えられた量のために、のラベル付きグラフを描きます:
       1. VとPの変化
       2. TとVの変化
       3. Tとpの変化
       4. vと\frac{1}{P}の変化
   24. stpでのメタンガスCH4のリットルは、stpでの純粋な水素ガスh2のリットルよりも水素の原子が多い。 出発点としてAvogadroの法則を使用して、理由を説明してください。
   25. オゾン層の枯渇に及ぼすクロロフルオロカーボン（Ccl2F2など）の影響はよく知られている。 クロロフルオロカーボンのためのCH3CH2F（g）のような代理の使用は、主として問題を訂正しました。
       1. Ccl2F2(g)
       2. CH3CH2F(g)
   26. 放射性元素ラジウムの1gが1年にわたって崩壊すると、1.16×1018個のアルファ粒子（ヘリウム核）が生成される。 各アルファ粒子はヘリウムガスの原子になります。 ヘリウムガスが125℃の温度で25mLの体積を占める場合、生成されるヘリウムガスのパスカル単位の圧力はいくらですか？
   27. 100.21Lで21℃、0.981気圧のバルーンがリリースされ、ブリティッシュコロンビア州のクランペット山の頂上をかろうじてクリアします。 気球の最終的な容積が5.24°Cの温度で144.53Lなら、台紙のCrumpetを取り除くと同時に気球によって経験される圧力は何ですか。
   28. 一定量のガスの温度が一定体積で倍になった場合、圧力はどうなりますか？
   29. 一定量のガスの体積が一定温度で三倍になると、圧力はどうなりますか？/li>

   2。 気泡が上昇するにつれて、圧力が低下するので、ボイルの法則によって示唆されるようにそれらの体積が増加する。

   4. 答えは次のとおりです。

   1. ガス中の粒子の数は、体積が増加するにつれて増加します。 この関係は、n=定数×Vと書くことができます。
   2. 温度と圧力は一定に保たれなければなりません。

   6. 曲線は右に遠くなり、上に高くなりますが、基本的な形状は同じです。

   8. 図は、温度の関数としてのCH4ガスの1molの変化を示しています。 グラフは、ボリュームが約16.3-16.5Lであることを示しています。

   10。 この問題について最初に認識すべきことは、ガスの体積とモルが一定のままであることです。 したがって、結合されたガス則方程式を次の形式で使用できます。

   \frac{{P}_{2}}{{T}_{2}}=\frac{{P}_{1}}{{T1}_{}}

   {P}_{2}=\frac{{p}_{1}{T}_{2}}{{t}_{1}}=1344\text{torr}\times\frac{1}{{t}}=1344\text{torr}\times\frac{1{475+273.15}{23+273.15}=3.40\times{10}times{3}\text{torr}

   12。 より高い温度でのガスの体積を計算するためにチャールズの法則を適用します。

   • V1=2.50L
   • T1=-193°C=77.15K
   • V2=？
   • T2=100°C=373。15 K

   \frac{{V}_{1}}{{T}_{1}}=\frac{{V}_{2}}{{T}_{2}}

   {V}_{2}=\frac{{V}_{1}{T}_{2}}{{T}_{1}}=\frac{2.50\text{ L}\times 373.15\cancel{\text{K}}}{77.15\cancel{\text{K}}}=12.1\text{ L}

   14. PV = nRT

   V=\frac{nRT}{P}=\frac{8.80\cancel{\text{mol}}\times 0.08206\text{ L}\cancel{\text{atm}}{\cancel{\text{mol}}}^{{-1}}\cancel{{\text{K}}^{{-1}}}\times 298.15\cancel{\text{K}}}{0.992\cancel{\text{atm}}}=217\text{ L}

   16. n=\frac{PV}{RT}\frac{1.220\cancel{\text{atm}}\left(4.3410\text{l}\right）}{\left（0.08206\text{L}\cancel{\text{atm}}\text{mol}{{-1}}^{}\cancel{{\text{K}}^{{-1}}}\right)\left(788.0\cancel{\text{K}}\right)}=0.08190\text{mol}=8.190\タイムズ{10}^{{-2}}\\テキスト{モル}

   n\回\テキスト{モル質量}=8.190\回{10}^{{-2}}\\テキスト{モル}}\回67.8052\テキスト{g}{\キャンセル{\テキスト{モル}}\回67.8052\テキスト{g}{\キャンセル{\テキスト{モル}}\回67.8052}}}^{{-1}}=5.553\テキスト{g}

   18. これらの問題のそれぞれにおいて、我々は、体積、圧力、および温度を与えられている。 この情報から、モル質量m=n πを使用してモルを得ることができます。:

   P,V,T\,\,\,{\xrightarrow{n=PV\text{/}RT}}\,\,\,n,\,\,\,{\xrightarrow{m=n\left(\text{モル質量}\右)}}\,\,\,\または、これらの式を組み合わせて取得することができます。

   \text{質量}=m=\frac{PV}{RT}\times

   1. \begin{array}{l}\307\cancel{\text{torr}}\times\frac{1\text{atm}}25^\circ{\テキスト{c}}=299.1\テキスト{K}\\テキスト{質量}=M=\frac{0.4039\キャンセル{\テキスト{atm}}\左（0.100\キャンセル{\テキスト{l}}\右）}{0.100\テキスト{l}}\右）}{0.100\テキスト{l}}\右）}{0.100\テキスト{l}}\左（0.100\テキスト{l}}\右）}{0.100\テキスト{l}}\左（0.100\テキスト{l}}\右）}{0.100\テキスト{l}}\左（0.100\テキスト{L}}\右）}{0.100\テキスト{l}}\08206\cancel{\text{L}}\cancel{\text{atm}}{\text{mol}}^{{-1}}\cancel{{\text{K}}^{{-1}}}\left(299.1\cancel{\text{K}}\right)}\\text{g}{\text{mol}}回44.01\text{g}{\text{mol}}回}}^{{-1}}=7.24\タイムズ{10}^{{-2}}\テキスト{g}端{アレイ}
   2. \text{Mass}=m=\frac{378.3\cancel{\text{kPa}}\left(8.75\cancel{\text{L}}\right)}{8.314\cancel{\text{L}}\cancel{\text{kPa}}{\text{mol}}^{{-1}}\cancel{{\text{K}}^{{-1}}}\left(483\cancel{\text{K}}\right)}\28.05376\text{g}{\text{mol}}}}^{{-1}}=23.1\テキスト{g}
   3. \開始{アレイ}{l}\\221\キャンセル{\テキスト{mL}}\回\frac{1\テキスト{L}}{1000\キャンセル{\テキスト{mL}}}=0。221\テキスト{L}-54^{\circ}\テキスト{C}+273.15=219.15\テキスト{K}\0.23\キャンセル{\テキスト{torr}}\回\frac{1\テキスト{atm}}{760\キャンセル{\テキスト{torr}}}=3.03\回\テキスト{c}+273.15=219.15\テキ{10}^{{-4}}\テキスト{atm}\\\テキスト{質量}=m=\frac{3.03\times{10}^{{-4}}\cancel{\text{atm}}\left(0.221\cancel{\text{L}}\right)}{0.08206\cancel{\text{L}}\cancel{\text{atm}}{\text{mol}}^{{-1}}\cancel{{\text{K}}^{{-1}}}\left(219.15\cancel{\text{K}}\right)}\39.978倍\text{g}{\text{mol}\text{mol}\text{mol}\text{mol}\text{mol}}^{{-1}}=1.5\タイムズ{10}^{{-4}}\テキスト{g}端{アレイ}

   20。 \frac{{P}_{2}}{{T}_{2}}=\frac{{P}_{1}}{{T}_{1}}

   T2=49.5+273.15=322。Frac p_{2}=\frac{{P}_{1}{T}_{2}}{{T}_{1}}=149.6\text{atm}\times\frac{322.65}{278.15}=173.5\text{atm}

   22。 20.0lのブタンの量を0.983気圧および27℃で計算する。 n=\frac{PV}{RT}=\frac{0.983\cancel{\text{atm}}\times}\times\frac{0.983\cancel{\text{atm}}\times}\times20.0\cancel{\text{L}}}{0.08206\cancel{\text{L}}\cancel{\text{atm}}{\text{mol}}^{{-1}}\cancel{{\text{K}}^{{-1}}}\left(300.1\cancel{\text{K}}\right)}=0.798\text{mol}ブタンの質量=0.798mol×58.1234g/mol=46.4g

   24。 理想的な挙動を示すガスのために:

   26。 体積は次のとおりです。

   1. Ccl2F2のモル質量を決定し、現在のccl2F2（g）のモル質量を計算します。 理想気体の法則PV=nRTを使用して、Ccl2F2（g）の体積を計算します。\text{10.0g}{\text{CCl}}_{2}{\text{F}}_{2}\times\frac{1\text{mol}{\text{CC1}}_{2}{\text{F}}\times\frac{1\text{mol}{\text{CC1}}_{2}{\text{F}}\times\frac{1\text{mol}{\text{CC1}}_{2}{\text{f}}\times\frac{1}{\text{f}}\times\frac{1}{\}}_{2}}{120.91\テキスト{g}{\テキスト{CCl}}_{2}{\テキスト{F}}_{2}{\テキスト{F}}_{2}{\テキスト{F}}}}_{2}}=0.0827\ここで、N=#mol Ccl2F2
      1\text{atm}\times V=0.0827\text{mol}\times\frac{0.0827\text{mol}\times\frac{0.0827\text{mol}\times\frac{0.0827}{0.0827}10.0\text{g}{\text{CH}}_{3}{\text{CH}}_{2}\text{F}\times\frac{1\text{mol}{\text{CH}}_{2}\text{F}\times\frac{1\text{mol}{\text{CH}}_{2}\text{F}\times\frac{1\text{mol}{\text{CH}}_{2}\text{F}\times\frac{1\text{mol}{\text{CH}}_{2}\text{F}\times\frac{1\text{mol}{\text{CH}}_{2}\text{F}\times\frac{1\text{mol}{\text{CH}}_{2}\text{F}\times\frac{1\text{mol}{\text{CH}}_{2}\text{f}\times\frac{1\text{ch}}_{2}\text{f}\times\frac{1\text{3}{\text{ch}}_{2}\text{F}}{48.07{\Text{g ch}}_{3}{\text{ch}}_{2}\text{f}}=0.208\text{mol}{\text{ch}}_{3}{\text{ch}}_{2}\text{f}}
      pv=nrt、n=#Mol ch3ch2f
      1atm×v=0.208mol×0.0821L Atm/mol k×273K=4.66l ch3ch2f

   28. 問題の変数を特定し、結合されたガスの法則\frac{{P}_{1}{V}_{1}}{{T}_{1}}=\frac{{P}_{2}{V}_{2}}{{T}_{2}}が問題を解決するために使用する必要な式である 次に、P2を解く：

   \begin{array}{rcl}{}\frac{0.981\text{atm}\times100.21\text{L}}{294\text{K}}&&\frac{{P}_{2}\Times144.53\text{l}}{278.24\text{atm}}\{p}_{2}&&0.644\text{atm}\end{array}

   30。 圧力は3倍に減少する。