高校化学理論化学

密度＝質量／体積＝モル質量／モル体積（化学基礎）

密度は、その物質が他の物質に比べて重いか、軽いかをしめす数量。

例えば金はアルミニウムよりも密度が大きい。つまり金とアルミニウムを同じ体積（容量）だけ集めたら、金のほうがアルミニウムよりも重いことになる。

密度は質量（重さ）を体積で割った値で定める。金は19.3g/cm³で、アルミニウムは2.7g/cm³であり、確かに金のほうが重いことがわかる。

金　19.3g/cm³
アルミニウム　2.7g/cm³

金は身の回りにある金属でもとりわけ重い（密度が大きい）。

気体の密度

固体の金属のみならず、気体でも密度は考えられる。例えば窒素は水素よりも密度が大きい。

すなわち同じ体積だけ窒素と水素を集めたら、窒素のほうが水素よりも重い。

具体的には、窒素を22.4リットル集めると28gになり、水素を22.4リットル集めると約2gになる。

22.4リットル集めたときの質量
窒素　28g
水素　2g

つまり窒素は水素の14倍も密度が大きい。

話を単純にするために気体の密度のみをあつかう。窒素と水素などをイメージしよう。

まず、モル質量は1mol当たりの質量、モル体積は1mol当たりの体積である。標準状態での気体のモル体積は22.4リットル。

モル質量は、物質が6.02×10²³個集まったときの質量だが、これは周期表の各元素の原子量が参考になる。

周期表の窒素を見ると14と書いてある。窒素原子が6.02×10²³個集まると14gになる。単位は必ずg（グラム）。

よって窒素分子（窒素原子が2個くっついたもの）が6.02×10²³個集まると28gになる。すなわち1molの質量は28gである。

同様に水素原子の原子量は1なので、水素分子の1molの質量は2gになる。

1molとは6.02×10²³個のこと。いちいち6.02×10²³個と書くのもわずらわしいため、化学ではこれを1molという。

モル質量とは、その物質が6.02×10²³個集まったときの質量。

モル体積とは、その物質が6.02×10²³個集まったときの体積。窒素や水素などの気体の場合、これは22.4リットルになる。

ただしこの22.4リットルという値は0°、1.01Paにおいての値。気体は温度と圧力（気圧）によって体積が大きく変わるので、0°、1.01Paと条件を定めて体積をはかる。

密度は質量を体積で割ったものだった。モル質量とモル体積を使って密度を表すと

密度＝モル質量／モル体積

となる。つまり

密度＝質量／体積＝モル質量／モル体積

である。

そもそもモル質量は6.02×10²³個の質量、モル体積は6.02×10²³個の体積だった。

モル質量＝分子1個当たりの質量×6.02×10²³個
モル体積＝分子1個当たりの体積×6.02×10²³個

となるから

モル質量÷モル体積
＝（分子1個当たりの質量×6.02×10²³個）÷（分子1個当たりの体積×6.02×10²³個）
＝分子1個当たりの質量÷分子1個当たりの体積

となり、モル質量÷モル体積は密度になることがわかる。