気体とは？定義・性質・種類（例：空気・二酸化炭素・天然ガス）
気体の定義・性質・種類を図解でわかりやすく解説。空気・二酸化炭素・天然ガスの特徴や混合・危険性まで一気に理解。
気体は、物質の4つの最も一般的な状態の一つです。気体には形や一定の体積がなく、容器に入れるとその容器全体に広がります。気体では、分子は自由に動き、お互いに独立しており、分子間の平均距離が液体や固体に比べて大きくなります。このため、分子がゆるくくっついている液体とは異なります。また、固体とは異なり、気体では分子間の結合は弱く、衝突による運動エネルギーが支配的です。これらの分子運動の結果として圧力が生じ、温度は平均運動エネルギーに対応します。
性質（特徴）
主な気体の性質は次のとおりです。
- 定形がない：容器の形に従って広がり、体積は容器全体に及ぶ。
- 圧縮しやすい：分子間の間隔が大きいため圧力で容易に圧縮される。
- 低密度：同じ物質の液体や固体に比べて密度が小さい。
- 拡散しやすい：濃度差により速やかに混ざり合う。
- 温度と圧力で性質が変わる：高圧・低温では液化・凝縮しやすくなる（実在気体の偏差）。
分子構造と種類
純粋な気体では、各分子は個々の原子でできていてもよいし、複数の原子が結合してできた分子であってもよいです。単原子の気体（単原子ガス）は、希ガス類に代表されます。例えば、単原子ガスの例としてはネオン、分子性元素の例としては二原子分子の水素、そして複数の種類の原子が結合した化合物の一例としては二酸化炭素が挙げられます。また、化合物かもしれません。気体は構造の違いにより振る舞い（比熱、分子量、極性など）が異なります。
混合気体と大気の例
ガス混合物は、複数の気体が混ざったものを指します。日常的な例としては大気があり、一般に言う空気を含むは主に次の成分から成ります：約窒素78%、酸素20.95%、アルゴン0.93%、二酸化炭素は約0.04%（季節や場所で変動）など。用途に応じてガスは意図的に混合され、産業プロセスや医療、溶接、呼吸ガスなどに用いられます。
天然ガスとその他の用途
天然ガスとは一般に地層から採取される可燃性のガス混合物で、主成分は多くの場合メタン（CH4）です。天然ガスにはエタン、プロパン、ブタン、少量の二酸化炭素や窒素、硫化水素などが含まれることがあり、精製や処理を経て発電・暖房・化学原料として利用されます。
危険性と規制
毒ガスは第一次世界大戦で化学兵器として使用された歴史があり、その後多数の国際条約や禁止措置がとられています。気体には窒息の危険（酸素欠乏）、中毒・刺激性（有毒ガス）、可燃性（可燃性ガスの爆発）、および温室効果（CO2やメタンなど）といった多様なリスクがあります。現代では監視・検知装置、適切な換気、保護具、国際的な法規（例：化学兵器禁止条約）などにより管理されています。
基礎理論（補足）
気体のマクロな振る舞いは、理想気体の法則（PV = nRT）で近似されますが、高圧や低温では実在気体の挙動が重要になります。運動論的気体理論は温度と分子の平均運動エネルギーの関係を説明し、拡散や粘性、熱伝導といった輸送現象の理解に役立ちます。
まとめとして、気体は日常生活から産業・自然環境まで広く関わる物質の相であり、その性質と安全対策、利用法を理解することが重要です。
気体分子がお互いにくっつかずにランダムに動く様子のイラスト。
物理的特性
すべての気体は液体のように流れることができます。これは、分子が互いに独立して移動することを意味します。ほとんどの気体は、水素のように無色です。気体の粒子は、瓶や部屋のようなどんな容器の中でも、空間を埋め尽くすように広がったり、拡散したりします。液体や固体に比べて、気体は密度と粘度が非常に低い。ほとんどの気体は色がついていないので、直接見ることはできません。しかし、密度、体積、温度、圧力を測定することは可能です。
圧力
圧力とは、何かが他の物体にどれだけの押し付け力をかけているかを示す尺度です。ガスの場合、通常はガスが物体の容器に押し付けているか、ガスが重い場合はガスの中の何かに押し付けていることになります。圧力はパスカルで測定されます。ニュートンの第三法則により、気体の入っている物体に力を加えることで、気体の圧力を変えることができます。例えば、中に空気が入っている瓶を絞ると、中の空気に圧力がかかります。
ガスの話をするとき、圧力は容器に関係していることが多いです。小さな容器にたくさんのガスが入っていると、非常に高い圧力になります。大きな容器に少量のガスが入っていれば、圧力は低くなります。ガスは、たくさんあるとそれ自体が圧力を発生させることができます。ガスの重さは、他のガスも含めて、その下にあるものに圧力をかけます。惑星では、これを大気圧と呼びます。
温度
気体の温度は、それがどれだけ熱いか冷たいかを表します。物理学では通常ケルビン単位で測定されますが、他の場所では摂氏が多く使われています。気体では、分子の平均速度（どれだけ速く動くか）が温度と関係しています。気体分子の移動速度が速ければ速いほど、分子同士が衝突したり、ぶつかったりすることが多くなります。このような衝突によってエネルギーが放出されますが、気体ではそれが熱となって現れます。逆に、ガスの周りの温度が高くなると、ガス粒子は熱エネルギーを運動エネルギーに変換して、より速く動き、ガスをより高温にします。
状態の変化
ガスは2つの異なる状態変化を経ることができます。温度が十分に低い場合、ガスは凝縮して液体になります。時には、温度が十分に低い場合には、固体に変化する沈着を通過することもあります。通常、気体は最初に凝縮して液体になり、その後凍結して固体になるのですが、温度が非常に低いと液体の段階をスキップして瞬時に固体になることがあります。冬に地面に霜がつくのは、これが原因です。水蒸気（気体）は極寒の空気中に入り、沈着して瞬時に氷になります。
関連ページ
- 理想的なガス
質問と回答
Q:気体とは何ですか?
A: 気体とは、分子が自由に動き、互いにくっついていない物質の4つの状態のうちの1つです。
Q: 気体の分子は液体の分子とどう違うのですか?
A:気体では分子同士がくっつかず、液体では分子同士がゆるくくっついたり触れたりしています。
Q: 気体の分子は固体の分子とどう違うのですか?
A:気体では分子の結合が弱いのに対して、固体では分子の結合が強く、分子を一つの形にまとめています。
Q: 気体は液体や固体のように体積が1つしかないのですか?
A:いいえ、気体は液体や固体と違って、どんな容器にも満ちるまで膨張することができます。
Q: 気体の分子にはどのような種類があるのですか?
A: 原子が1つだけの純粋気体、同じ原子が2つ以上結合した元素気体、多くの種類の原子が結合した化合物気体があります。
Q: 単原子気体の例を教えてください。
A:はい、単原子ガスの例としては、ネオンがあります。
Q: 混合気体とは何ですか?
A: 混合ガスとは、例えば、空気は窒素87%、酸素0.2%、アルゴン13.7%、二酸化炭素は微量で、上記の気体のどれかが混ざったものです。
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