東京工科大学　工学部　応用化学科　ブログ

　例えば気体のなかのH₂とHeです。H₂は常温常圧では一番密度の小さな物質ではないでしょうか。その次はHeですが、なぜかほかの気体、たとえばCO₂や空気と比較すると１桁近く熱を伝えやすくなっています。

　もっと言うと、先の「密度の高いものほど熱を伝えやすい」というルール、気体では例外があるどころの騒ぎではなく、むしろ逆になっているのです。

　これは一体……。固体や液体では物質を構成している分子は常に接触しているので、相互に振動のエネルギーをやり取りしています。それに対して気体を構成している分子は衝突という形で相互作用をしています。固体や液体の分子間では常に相互作用でエネルギーが交換されて伝熱に寄与する。では相互作用をしていない間、気体の分子は熱を運んでいないのか、というとそんなことはありません。気体の分子は空間を自由に飛び回っていて、ずっと遠くの分子と衝突して熱エネルギーを交換するのですから、飛んでいる間も熱を運んでいると言えるでしょう。

　固体や液体の構成分子は頻繁に熱を伝えますが、その相手は隣の分子まで。一方で気体の分子は遠くの分子にも熱を伝えます。もっとも頻度が低い気体の相互作用では、やはり固体や液体に比べて不利で、結局熱伝導度は固体や液体には勝てない。でも、気体どうしで比べると分子が遠くまで飛んで熱を伝える、という効果が効いてきます。

　一般に同じ温度なら気体の分子の速度は分子量が小さいほど早い（これは同じ温度では分子の運動エネルギーが同じになるため。分子が軽いと速度を大きくして運動エネルギーを稼がないといけません。）ので、小さい分子（≒軽い分子）ほど熱が伝わり易いのです。

　この様に、物質の性質はその物質の構造と密接に関係しているので、単純な関係はなかなか見いだせないものです。でもこれは新しく別の構造をもった物質を合成すれば新しい性質が表れるかもしれない、とポジティブに見ることもできますよね。

江頭 靖幸