ガスの測定方法

気体の体積の測定は、風船とその他いくつかの基本的な用品を集めるだけで簡単にできる。基本的な方法では、100％正確で科学的に厳密な測定はできないが、注意深く行えばそれに近い測定ができる。また、風船などの容器とはかりを使えば、気体の重さを測ることもできる。

方法1

風船を膨らませて気体の体積を測る

1. 測定したい気体で風船を膨らませます。タンクからガス（ヘリウムなど）を取る場合は、風船の唇をノズルにぴったりと当てて、空気を入れます。また、空気を測る場合は、口で風船を膨らませる。

   • 終わったら風船の端をきつく結ぶ。
2. 風船の円周と半径を測る。風船の中心に巻き尺を巻き、円周を測ります。膨らませたバルーンの半径を知るには、バルーンの中心の両側に定規を置き、その間の距離を測り、半分に割ります。

   • 例えば、2つの定規の間に風船を置き、その距離が10センチメートル（3.9インチ）であることを調べます。これを半分に割ると、半径は5cmになる。
3. 球体の体積の公式を使う。球の体積(V)の基本公式、V = 4 3 π r 3 {displaystyle {pi r^{3}}} に測定値を差し込む。半径を公式に入れて和を求める。例えばV = 4 3 π 5 3 {displaystyle {frac {4}{3}}pi 5^{3}} 、または約 523.33 cm 3 {displaystyle ^{3}} または 206.04 in 3 {displaystyle ^{3}} 。
4. 別の風船に水を入れて結果を比較する。風船の縁を蛇口の上に置き、慎重に水を流します。風船の大きさが、ガスを入れた風船と同じになったら止めます。うっかり水を入れすぎてしまった場合は、慎重に少し流しましょう。

   • 風船の大きさを正確に揃えるのは難しい。より正確にするために、水風船の中心に布製の巻き尺を巻き、円周を確認する。ガス入りの風船と同じになるまで調整する。
   • 誰かに手伝ってもらい、水風船を持ちながら円周を測る。
5. 水を注いで測ります。大きな計量カップやビーカーなど、体積を測れるものに風船を空ける。風船に入っていた水の量を記録する。水の量は、もう一方の風船の気体の量と同じになる。

   • 水入りの風船が、（V = 4 3 π r 3 {displaystyle {Paphrac {4}{3}}pi r^{3}} を使って）求めた気体入りの風船の体積 523.33 cm 3 {displaystyle {Paphrac {4}{3}}pi r^{3}} と同じ大きさだとする。33 cm 3 {displaystyle ^{3}} であったので、そこから注いだ水（1 ml = 1 cm 3 {displaystyle ^{3}} ）を約 523 ミリリットル（18 fl oz）計る必要がある。

方法 2

ガス体積を測定するための水の置換

1. 風船にガスを入れる。風船の端をガスボンベのノズルに当て、風船を好きな大きさにする。空気を測定する場合は、通常と同じように風船を膨らませればよい。終わったら端を結ぶ。
2. 大きい容器の中に小さい容器を入れる。風船よりも大きい容器を見つけ、さらにそれより大きい容器をもうひとつ用意する。小さい方の容器を大きい方の容器の中に入れます。

   • 例えば、5ガロン（約19リットル）のバケツを大きなプラスチック桶（20ガロン／75リットル以上）の中に入れます。
3. 小さい方の容器に水を入れる。小さい方の容器に水を注ぎ、容器が満杯になるようにする。大きい方の容器に水がこぼれないように注意する。
4. 風船を小さい方の容器に押し込む。風船を慎重に水の入った容器の上に置く。平らなもの（プラスチックのたらいのふたなど）で風船を水の中に押し込む。風船が水の中に全部入り、平らなものがバケツの上部に当たるまで押し続ける。

   • 水の一部が大きい方の容器にこぼれる。
5. 大きい方の容器にこぼれた水を計る。水の入った小さい方の容器を持ち上げます。大きい方の容器に残った水を、ビーカーや大きな計量カップなどに注ぎます。

   • 水の量は、風船の中の気体の量と同じになる。
   • 例えば、風船から 24 オンス（約 709 mL） の水が出たとします。
6. より正確な測定のために、フラスコとビーカーを用意する。フラスコは、チューブの出口がある栓付きのものを用意する。フラスコに測定したいガスを入れ、栓をしたまま、ガスが漏れないようにチューブをつまむ。ビーカーに水を入れ、その上に浅い皿を置き、両方を逆さにする。

   • ビーカーの側面にある測定線を使って、ビーカー内の水位を記録する。
   • この方法は、水に溶けないガスにのみ有効である。
7. ビーカーを使って気体の体積を測定する。チューブをビーカーの縁の下に滑らせ、浅い鍋の中に入れる。ガスがチューブを抜けて泡立ち、ビーカーから水の一部を押し出す。ガスがすべて泡立ったら、ビーカーの側面にある測定線で水位を記録する。

   • 気体がビーカーに入る前と入った後の水位の差が、気体の体積に等しい。
   • 例えば、ガスが入る前の水位が55ミリリットル（1.9オンス）、入った後の水位が65ミリリットル（2.2オンス）だった場合（ビーカーを逆さまにしているので、数値的には水位が上がることを覚えておいてください）、ビーカーの中には10ミリリットル（0.34オンス）のガスが入っていることになります。

方法3

気体の質量を求める

1. 気体の密度と体積がわかっていれば、気体の質量を計算します。測定する気体がわかっている場合は、気体の密度(d)と体積(v)を用いて質量(m)の公式を使用する： m = d × v {displaystyle m=dtimes v} .気体の密度は、オンラインまたは教科書の表で調べる必要がある。

   • 例えば、密度が1.8421 kg/m 3 {displaystyle ^{3}} の二酸化炭素CO 2 {displaystyle _{2}} を523.33 cm 3 {displaystyle ^{3}} 測定するとする。
   • 試料の質量は、1.8421 kg/m 3 {displaystyle ^{3}} (0.0018421 g/cm 3 {displaystyle ^{3}} ) x 523.33 cm 3 {displaystyle ^{3}} で、0.96403 gになる。
2. 代わりにはかりを使って質量を求めよう。はかりの中心に小さな両面テープを貼り、ゼロにします。テープで風船などの容器を固定します。目盛りをゼロにすることで、テープが測定値を歪ませることがなくなります。
3. ガスを入れる容器の重さを量ります。空の風船の重さを測ってもよいし、別の容器（水差しなど）を使ってもよい。秤の上に置き、測定値を記録する。
4. 容器にガスを充填する。風船を膨らませるか、容器にガスを入れます。空気を測定する場合は、口で風船を膨らませます。そうでない場合は、タンクから容器または風船にガスを入れます。
5. 膨らませた容器をはかりの上に置きます。必要に応じて、両面テープで風船や容器を固定します。はかりが示した測定値を記録する。

   • 膨らませた容器は空の容器より大きくなりますが、その差はあまりないかもしれません。例えば、膨らませた容器の重さは8オンス（230g）で、空の容器の重さは6オンス（170g）である。
6. 空の容器/風船の重さを引く。膨らませた容器の重さから空の容器の重さを引く。これでガスだけの重さがわかる。

この記事は、CC BY-NC-SAの下で公開されている「 How to Measure Gas 」を改変して作成しました。特に断りのない限り、CC BY-NC-SAの下で利用可能です。