東京工科大学　工学部　応用化学科　ブログ

　化学を勉強した人間なら「アボガドロ」と来たら「6.02×10²³」となるのですが、今回は「アボガドロの法則」のお話し。

　例によって Wikipedia での説明を引用しましょう。「アボガドロの法則」は

同一圧力、同一温度、同一体積のすべての種類の気体には同じ数の分子が含まれる

という法則です。これは「倍数比例の法則」などと違って原子や分子の概念を知っていてもどうしてそうなるのか分からないのではないでしょうか。化学を学び始めた学生さんに、この「アボガドロの法則」を納得できるように説明するのは難しいと思います。

　いえ、ダルトンの原子論とゲイ=リュサックの気体反応の法則を矛盾無く説明するための理論だ、という説明は問題ないのです。「同一圧力、同一温度、同一体積のすべての種類の気体には同じ数の原子が含まれる」と考えてしまうと気体反応の法則を巧く説明できない。だから分子という概念を考えて...、とその部分に注目すれば「アボガドロの法則」は分子の概念の必然の結果として理解できる。

　でも、そもそもの疑問として「同一圧力、同一温度、同一体積のすべての種類の気体には同じ数の」何らかの粒子が含まれる、という仮説はどう納得すれば良いのでしょうか？

　このブログ記事の内容は私（江頭）の個人的意見であり、学校法人片柳学園、東京工科大学、あるいはその一部（工学部、応用化学科）の組織としての意見をかならずしも反映するものではありません。

　さて、予防線を引いたのでここから私個人の意見を展開させてもらいましょう。

　化学の基礎を学ぶといろいろ人名がついた法則がでてきます。うーん、誰が誰だったっけ。良くわからん。そう思っているあなたに朗報です。「ゲイ=リュサックの法則」は試験にでない。これは試験問題の作成にかかわった（何時どこでだって？禁則事項です。）経験からの私の意見です。

　例えば以下の様な問題を考えてみましょう。

「ゲイ=リュサックの法則」の内容としてもっともふさわしいものを以下の選択肢から選べ

A) 2種以上の気体が関与する化学反応について、反応で消費あるいは生成した各気体の体積には同じ圧力、同じ温度のもとで簡単な整数比が成り立つ。

B) 一定の圧力の下で、温度の上昇に対して気体の体積が単調に増加し、一定の温度上昇に対して気体の種類に依らず同じように膨張する。

皆さん、これどちらが正解だと思いますか？

　このブログで「倍数比例の法則」「ダルトンの法則」そして「ボイル＝シャルルの法則」について述べてきたので、まとめてコメントを一つ。

　化学の教科書にはこのような「○○の法則」というのが結構な数でてきます。これらの法則はどの程度覚えておくべきなのでしょうか。

　「倍数比例の法則」について紹介したところで述べたのですが、この法則は「原子から物質が出来上がっていることを理解していればあまりにも当たり前」で「なんでこれが法則と呼ばれるほど重要なのか」分からないと思います。 「ダルトンの法則」も理想気体が何かを理解していれば当然のこと、「ボイル＝シャルルの法則」の法則も理想気体の状態方程式の応用に過ぎません。

　原子や分子そして理想気体というものはそもそも、これらの法則を統一的に説明する、もっと言うと個別の覚えなくても済むようにするために作り出されたものです。極論すれば、原子、分子、理想気体について理解していればこれらの法則は忘れてしまっても構わないと言えるでしょう。

　では、なんで高校でこれらの法則が教えられるのでしょうか。覚える必要の無いものなのに。

　「倍数比例の法則」「ダルトンの法則」ときて今回は「ボイル＝シャルルの法則」について触れてみようと思います。今回も Wikipedia から「ボイル＝シャルルの法則」の説明を引用してみましょう。

気体の圧力P は体積V に反比例し絶対温度T に比例する

なるほど。「理想気体の状態方程式を知っていれば当たり前すぎてなんで法則と呼ぶのか分からない」とか「絶対温度って何よ。これって絶対温度の定義じゃないの」とか思うのですが、これは置くとしましょう。今回の紹介したいのは表題のセリフ「ボイル＝シャルルの法則を生まれてはじめて使いました」というもの。これ、学生さんとガスクロでガスの組成を測る実験を一緒にしていたときに言われた言葉です。

　ガスクロという装置にサンプルのガスを注入すると、そのサンプル内にどんな成分がどれだけ（ mol数、おっと今は物質量ですね ）含まれているかがわかる。そんな測定です。ガスの各成分の比率が知りたいだけなら、それだけでOK。でもサンプル内のガスの全ての成分を測定できたかどうか、を確認したいと思ったら装置に注入されたサンプルの量を調べて、それが各成分の量の総和と等しい（もちろん誤差があって正確に一致はしませんが）かどうかを検証する必要があります。

　混合ガスをガス採取用のシリンジ（小さい注射器です）で決められた体積だけサンプリングする。これでサンプルの体積を決めることはできます。しかし、同じ体積でも温度の高い日はガスは膨張している。逆に寒い日ならガスは収縮しているので、体積を知るだけではサンプルの量を正確に求めることはできないのです。

　そう説明をして、学生さんにガスクロでの分析時の温度と圧力を測定しておくように手順の説明をしました。そのときの学生さんのリアクションが「ボイル＝シャルルの法則を生まれてはじめて使いました」となるわけです。

　このブログのこちらの記事は「ダルトンの法則」を落ちにしたので今回は本家本元のダルトンの法則について少々。

　例によってダルトンの法則について、wikipedia から引用してみましょう。ダルトンの法則とは

理想気体の混合物の圧力が各成分の分圧の和に等しいことを主張する法則である

とのこと。

　このダルトンの法則、「倍数比例の法則」 とは別の意味でツッコミどころのある法則だと思います。

　気になるのは「分圧」って何よ、という点。気体の圧力は測定できる実体のある物理量なのですが分圧はどうでしょうか？分圧を直接的に測定する手段はありません。混合気体中のある成分のみを通さないような理想的な半透膜があればそれにかかる圧力、ということになるのでしょうが「理想的な」と言っている時点でそんなものはないと言っているのも同じです。だとすれば分圧は全圧にその成分のモル分率をかけた値だ、としか定義できないのでは。モル分率の総和は１と決まっているのですから、分圧の総和が全圧に等しいのは当たり前、ということになるのですが……。

　一昨日、2026年2月7日は比較的暖かかった前日とはうって変わって寒い一日に。それに加えて雪も降りました。芝生や生け垣の上に降った雪は少し積もったのですがアスファルトやコンクリートの上の雪は融けて大事には至りませんでした。しかし、夜から翌朝にかけてまた雪が降ったのでしょう。一晩過ぎて朝になってみるとかなりの積雪に。昨日8日は交通機関にも影響がでました。我々応用化学科が所属している本学八王子キャンパスのスクールバスの発着駅、八王子みなみ野駅や八王子駅を通っている横浜線や中央線も降雪の影響をもろに受けた形です。

　さて、昨日の朝の本学のキャンパスは写真の様な様子に。これは正門を入ってすぐの風景。それなりに雪が積もっている様子がみてとれると思います。

そしてこちらは片柳研究棟4階から見たキャンパスの様子。研究棟A、Bに向かう坂道にしっかりと雪が積もっている様子がわかります。

（正門入口の写真と比べて暗いですよね。建物内から窓越しに撮影しているからでしょう。）

　我々応用化学科の卒業論文発表会は昨日（2026年2月05日）と今日の2日間で開催。実は本学科が開設してから卒業論文発表会は今回で8回目。今年発表する学生諸君は8期生ということになります。もう何回も卒業生を送り出してきた様に思うのですがまだ8期生なんですね。

　今年度、応用化学科ではパラレルセッション2会場で発表を行うことになりました。各学生には主査の他に副査が2名つき、発表を聞きながらWEB上の評価を記載してゆきます。会場でのディスカッションはオープンですから、副査以外の先生、いえ、学生さんでも質疑に参加できます。

　この発表会での議論を通じて卒業論文の改訂を行い、その改訂版が正式な卒業論文となります。

　今回は私が高校生のころのお話です。最初に教科書（参考書だったかな）で「倍数比例の法則」を知った時の話です。

　まず「倍数比例の法則」について。Wikipediaの記事（下図）にある様に、「元素Aを含む複数の元素が、複数の化合物、例えばXとYを構成するときにX、Yそれぞれに含まれるAの質量は簡単な整数比になる」という法則です。この記事では具体例として一酸化炭素と二酸化炭素の例が挙げられているのですが、私が見た参考書では酸化銅の例が挙げられていました。これは歴史的な経緯を反映したものだったのですが、一酸化炭素や二酸化炭素の例に比べるとシンプルさに欠けるのでは。まあそれは数値が複雑だ、という程度の話なのですがこの参考書に例外として不定比化合物の説明まで書いてあったのです。

　一体何が言いたいのだろう？これが当時の私の印象です。

　「都市伝説」というのはおかしいかな。「研究室（ラボ）伝説」とでも言うのでしょうか。研究室で先輩から後輩に語られる話には大切な注意事項や奥深い教訓に混じって真偽不明（おそらく偽）なお話が色々とあるものです。

　私が学生のころに聞いたそんな「研究室（ラボ）伝説」の一つが表題の「純水を飲むとおなかを壊す」というもの。でもこれ絶対おかしいですよね。純水と普通の水の違いは微量の混合物があるかないか。主成分は水であることには変わりはありません。もちろん水が体に悪いわけはない。残りの微量な成分で問題が起こる、というのなら話は分かりますが、微量な成分がないことで問題が起こる、というのはどうにも考えにくいことです。

　それに胃袋に水が入った状況を考えても、胃袋が空っぽ、なんてことがあるのでしょうか。胃袋の中にはもともと胃液があって、それに混ざったら微量成分が無いことなんて関係なくなってしまうと思います。

　とは言えこれは机上の議論。科学者たるもの実験で確かめるのがあるべき姿でしょう。ここは純水を飲んでおなかを壊すかどうか確認するべきでは？

　人間が文化的な生活を送るためには資源やエネルギーが必要です。その資源やエネルギーを得るためにはどうしても環境への影響を与えてしまう。これが「人間(People)」と「自然(Planet)」との相克であり、そのバランスをとることがサステイナブル工学の一つの目的でもあります。

　さて、今回のお題は「人間(People)」はどのぐらいのエネルギーを必要としているのか。具体的にどの程度なのでしょうか。日本を例に考えてみたいと思います。

　元ネタは資源エネルギー庁の「エネルギー動向」。2026/02/03現在、2025年6月版が公開されています。ちょっと眺めるとちょうど良い図がありました。「 第1章　国内エネルギー動向 / 第1節　エネルギー需給の概要」に以下の図が載っています。「【第11-1-3】日本のエネルギーバランス・フロー概要（2023年度）」とありますから最新版でも2023年度のデータなのですね。