平成30年度 公害防止管理者 大気有害物質特論 問4を解説｜ラングミュアーの吸着等温式
平成30年度 大気有害物質特論 問4は、ガス吸着の吸着等温線を表すラングミュアーの式として正しいものを選ぶ問題です。
この問題のポイント
この問題は式を丸暗記していなくても、吸着という現象がどう振る舞うかから絞り込めます。分かれ目は吸着量に頭打ちがあることで、分圧をいくら上げても吸着量が際限なく増える形はその時点で候補から外れます。
※ 問題文そのものは、産業環境管理協会が公開している公式サイトで確認できます。
正解：選択肢(3)
各選択肢の正誤
| 選択肢 | 正誤 | 解説 |
|---|---|---|
| (1) | × | 分母がなく、分圧が上がるほど吸着量が限りなく増える形です。表面が埋まって頭打ちになるという吸着の性質を表せません。 |
| (2) | × | 分圧が小さいほど吸着量が大きくなる形になっています。向きが逆です。 |
| (3) | ○ | 分子が分圧に比例し、分母が「1＋定数×分圧」という形。低圧では比例、高圧では一定値に近づきます。これが正解です。 |
| (4) | × | 分子に分圧が入っていないため、分圧が上がると吸着量が減る形になります。向きが逆です。 |
| (5) | × | 掛け算だけの形で、分圧が上がるほど際限なく増えます。頭打ちを表せません。 |
式の見分け方
| 確かめる点 | 満たすべき性質 |
|---|---|
| 分圧がごく小さいとき | 分母がほぼ1になるので、吸着量は分圧に比例して増える形になっているか。 |
| 分圧が十分大きいとき | 分子と分母の分圧が打ち消し合って、吸着量が一定値に近づく形になっているか。 |
| 向きは正しいか | 分圧が上がったときに吸着量が増える向きになっているか。 |
| 頭打ちがあるか | 表面の吸着できる場所には限りがあるので、際限なく増える形は誤り。 |
ここが分かれ目
ラングミュアーの考え方は、吸着できる場所の数が決まっているという一点に尽きます。分圧が低いうちは空いている場所が多いので、圧力を上げた分だけ素直に吸着量が増えます。ところが場所が埋まってくると、圧力を上げても入る余地がなくなり、吸着量はある値に近づいて止まります。式はこの2つの顔を1本で表せていなければなりません。
分子に分圧があり分母が「1＋定数×分圧」という形なら、この条件を満たします。分圧が小さいときは分母がほぼ1なので比例、分圧が大きいときは分子と分母の分圧が釣り合って一定値に近づくからです。掛け算だけの形や分母のない形は、分圧に対して際限なく増えてしまうので誤りです。分子に分圧が入っていない形は、圧力を上げると吸着量が減るという逆向きの描像になります。
覚え方
- ラングミュアーの前提は吸着できる場所の数が決まっていること。だから頭打ちがある。
- 形は分子に分圧、分母に「1＋定数×分圧」。低圧で比例、高圧で一定値に近づく。
- 式を忘れても両端で確かめる。分圧を0に近づけたときと大きくしたときの振る舞いで絞れる。
- 際限なく増える形、圧力を上げると減る形は即除外。物理的にありえない形は計算せずに切る。
理解度チェック
ラングミュアーの式が前提としている考え方は何ですか。
吸着できる場所の数に限りがあるという考え方です。場所が埋まるにつれて吸着量の伸びが鈍り、ある値に近づいて頭打ちになります。
式を忘れたとき、選択肢をどう絞り込めますか。
分圧をごく小さくしたときと大きくしたときの振る舞いを見ます。小さいときは分圧に比例して増え、大きいときは一定値に近づく形でなければなりません。際限なく増える形や、圧力を上げると減る形は除外できます。
出典
- 一般社団法人 産業環境管理協会「平成30年度 公害防止管理者等国家試験 大気有害物質特論 問題」（公式PDF）
※ この記事の確認日：2026年7月