気体定数

気体定数は基本物理定数におけるマクロ物質定数で、ガス定数ともいいます。

気体定数を使うときは単位に注意しなければなりません。
高校の化学で習う気体の法則は、気体の状態方程式

PV=nRT

ですが、
ここで、Pは圧力[Pa]、Vは体積[V]、nが物質量[mol]、Rが気体定数、Tが温度[K]となります。

標準状態(0℃, 1.013×105Pa)において、1molの気体は22.4Lであることから気体定数を計算してみると

1.013×105×22.4=1×R×273
R=8.31×103[Pa・L/(K・mol)]

と計算できます。

しかし、22.4L=0.0224m3と単位を変換できるので

1.013×105×0.0224=1×R×273
R=8.31

とも表すことができます。

このとき気体定数の単位はR=8.31 [Pa・m3/(mol・K)]
さらにPa⇒N/m2なので、[N・m/(mol・K)]
さらにN・m⇒Jなので[J/(mol・K)]となります。

ちなみに、かつて標準状態を(0℃, 1atm=1.013×105Pa)と表していた時期がありました。
そのとき化学の教科書に記載された気体定数Rは

1×22.4=1×R×273
R=0.082[atm・L/(K・mol)]

でした。

要するに、気体定数を使うときは体積や圧力の単位に応じて適切な値を使わなければならないということですね。