プロパンの分子は「C3H8」です。「C」は炭素、「H」は水素です。これらが組み合わさった「化合物」です。
プロパンとは「C3H8」
原子の重さとは
原子の重さのことを「原子量」といいます。
それぞれの原子には重さがあります。
原子量(あくまで重さです!)
水素(H)・・・・・1グラム
炭素(C)・・・・・12グラム
窒素(N)・・・・・14グラム
酸素(O)・・・・・16グラム
以上は、あくまで「重さ」です。
つまり、酸素は一番重いです。
炭素は、水素の12倍重いです。
プロパンの分子の重さとは
プロパンは「C3H8」だから、炭素が3個ある。
炭素は1個で「12」である。
したがって、12×3=36となる。
一方、水素は1個で「1」だから、8×1=8
炭素と水素を合計すると、44となる。
=>すなわち、C3H8(プロパン)の重さは44グラムである。
質量とは重さのこと
「質量」とは重さのことです。
グラムで表すことができます。
物質量とは「モル(mol)」のこと
物質量とは「モル(mol)」のことである。
すべての気体は、1モルで22.4リットル
すべての気体は、1モルの状態で22,4リットルになる。これを、アボガドロの法則という。
ちなみに、リットルとは、大きさである。重さではない。
なお、以上は「標準状態」を前提としている。
プロパンの大きさ
ここでプロパンの大きさを考えてみたい。プロパンは、他の物質と同様、1モルで22,4リットルである(アボガドロの法則)。
プロパンの大きさと重さをまとめると、以下の式になる。
プロパン1モル=大きさ22.4リットル=重さ44グラム(気体)
プロパンは、体積が22,4リットルのときに、重さ44グラム
この時点で言えることは、
「プロパンは、体積が22,4リットルのときに、重さ44グラム」だということ。
逆に言えば、「プロパンは、重さが44グラムのときに、大きさが22.4リットルだ」ということ。
ということは、プロパンは1リットルあたり1.96グラムとなる。(気体のとき)
ちなみに、大きさ22リットルというのは、ごみ袋の半分の大きさである。
ブタンは「C4H10」
ブタンは「C4H10」である。
すると、Cは12だから、48。
Hは1だから、10。
合計すると、58グラム。
ニュートンとパスカル
ニュートンとは力
ニュートンとは力の単位である。
力とは、モノを押して動かす力である。
モノを押して、どれだけのスピードを出せるかが、ニュートンによって示される。
具体的には、1キロの重さのモノを、1メートル毎秒毎秒(1秒で1メートル加速)させる力のことである。
1ニュートン=1キログラム×1メートル毎秒毎秒となります。
=>1キログラム×メートル/毎秒毎秒(←これがニュートン!)
=>1N=1kg×1m/s²(←公式で表すとこうなる)
=>1kg・m/s²(←なぜこうなるか、よく分からない)
S²とは毎秒毎秒のこと(?)
パスカルとは圧力
パスカルとは圧力のことです。
モノが1平方メートルあったとして、
そこに、働く力(ニュートン)のことです。
従って、式にすると以下のようになります。
1パスカル=1ニュートン/1平方メートル
大気圧とは
地球には重力が働いている。それは、空気も同様である。
空気の重さは、地球の表面にプレッシャーを与えている。
これを「大気圧」という。
つまり、大気圧とは、「空気の重さ」である。
標高が高い山は、頭の上の空気が少ない。
だから、マラソンで良い記録が出る。
海抜0メートルの気圧を標準大気圧という。
標準大気圧は、「0.1013MP(メガパスカル)」である。
例:1メガパスカルは、片手に100キログラムの車が乗る状態。
水銀が76センチ上昇
水銀は、大気圧によって76センチ上昇する。
絶対圧力とゲージ圧力
ゲージ圧力とは、空気の圧力の存在を無視した圧力のこと。
絶対圧力とは、本物の圧力のことである。
絶対圧力=ゲージ圧力+大気圧
大気圧は、0.1013mp(または、101.3KPa)
温度とは
通常、私たちが使っている温度は、「セ氏」である。正式には「セルシウス温度」という。
これは、「水」を基準にしたものである。(氷になるのが0度、沸騰するのが100度)
このセルシウスをベースに考えると、現実的にあり得る最低の温度は「マイナス273度」である。これを絶対零度という。
この絶対零度を「0」として、セ氏と同じように1度ずつ上がっていくのを「絶対温度」という。
絶対温度の単位は「K(ケルビン)」である。
式にすると、以下のようになる。
絶対温度=通常の温度+273
熱量と比熱
物質に熱を与えたり、物質から熱を取り去ったりすると、状態の変化を起こす。
熱量とは
熱量とは、モノを温める力のことです。
熱量の単位は「ジュール」
熱量は「ジュール」という単位で表します。
1ジュールとは、1キロの重さの物を、1ニュートンの力で動かすときに必要な熱の量のことです。
熱の量のことを「エネルギー」とも言います。
ジュールの公式
1ジュール=1N×m=1kg・m²/s²
「・」とは×のことではないか?
カロリーとは
カロリーとは、ジュールと同じく、熱量を示す単位。
1グラムの水を1度上昇させるために必要な熱量。
ジュールとカロリーの関係
1カロリー=4.2ジュール
1ジュール=0.24カロリー
動力(仕事率)とは
動力とは、仕事率のことです。
仕事率とは、一定の時間でできる仕事の量のことです。
単位はワットです。
ワットとは
ワットとは、仕事率の単位です。
ワットは、1秒でできる仕事の量(ジュール)のこと。
1W(ワット)=1J/s
仕事量とは
仕事量は、仕事率×費やした時間のこと
kW・h
ガス器具の能力
14キロワットのガスの給湯器は、1時間で1キログラムのLPガスを消費する。そのとき、熱量は50mj
=>1kg/h=14kw=50mj(←よく分からん!)
比熱とは
比熱とは、1グラムのモノの温度を1度上げるために必要な熱量のこと。
比熱の単位
比熱の単位は「J/(kg・K)」
※水の比熱は4.19kJ/(kg・K)
例題
浴槽に水が200リットル入っている。
水の温度は13度である。
プロパンガスの風呂釜を取り付けた。
プロパンガスを燃焼させた。
1時間で、水温を43度に上げたい。
ガスバーナーは、何キロワットのタイプが必要か?
風呂釜の熱効率は60%。
圧力・温度と気体の大きさ(体積)の関係
ボイルの法則
気体は、温度や圧力が変わると、大きさが(体積)が変わる。
場合によっては、液体や固体になってしまう。
例:水蒸気が水や氷に変わる。
気体の「体積」と「圧力」の関係は、「ボイルの法則」で表される。
ボイルの法則=圧力が強いと、気体は小さくなる(ちょうど反比例する!)
体積=V(ボリューム)
温度=T
圧力=P(プレッシャー)
P=1→V=10
P=2→V=5
例題
プロパンガス
体積が10立方メートル
ゲージ圧力(大気圧がない状態)が2.8キロパスカル
↓
圧力が10キロパスカルになったとする。
↓
大きさは何立法平方メートルになるか?
(大気圧は101キロパスカル、温度は15度で一定とする)
シャルルの法則
気体の体積と温度の関係は、「シャルルの法則」で表される。
シャルルの法則=温めると大きくなる(電子レンジに入れると容器が破裂する理由)
ボイル・シャルルの法則
「圧力」「温度」「体積」の3者の関係
LPガスとは
LPGとは、「液化された石油ガス」の略である。
つまり「P」は、Petroleumであり、Propaneではない。
LPGは、家庭用はプロパンだが、工業用はブタンである。
定義としては、「圧縮することにより常温で容易に液化できるガス燃料」である。
LPガスの特徴
「炭素」と「水素」だけでできた化合物を「炭化水素」と呼ぶ。
LPガスの構成
LPガスとは、炭素数が3または4の炭化水素のこと。
「パラフィン系」と「オレフィン系」
炭化水素には、「パラフィン系」と「オレフィン系」がある
パラフィン系とは
パラフィン系炭化水素とは、HがCの2倍+2だけあるもの。
具体的には「プロパン」や「ブタン」が該当する。
プロパンは、C3H8なので、HがCの2倍+2ある。
ブタンも、C4H10だからOK。
パラフィン系は、上記の構造式ように、原子同士が片手だけでつながっている状態である。つまり、飽和状態であり、安定している。
オレフィン系とは
オレフィン系炭化水素とは、HがちょうどCの2倍の数だけある分子のこと。
例えば、エチレンやブタンがある。
ブタンにもつながり方が2種類ある。
通常のブタンと、イソブタン(2メチルプロパン)である。
燃え方が違う。