なぜ水蒸気が空気を追い出すのか

音の実験で
フラスコに水を入れ温めて中の空気を追い出す
理由は中を水蒸気で満たし、空気を追い出すため
とサラッと書いてあるのですが
なぜ水蒸気が空気を追い出すのでしょうか。
空気が残って水蒸気が外に出るという逆にならないのは
なぜですか。

また、冷やすと水蒸気が水になり真空に近い状態になる
と書いてあるのですが
なぜ水蒸気になると真空になるのか
サラッと書いてあるけどいちいち引っかかって
さっぱりわかりません。

よろしくお願いします。

No.5 ベストアンサー 回答者： 銀鱗 回答日時： 2018/12/14 13:39

水蒸気そのものが「気体」だから。

分かりやすく言えば「ガス」なんだ。
「水蒸気」という「ガス」が「空気」を押し出す（追い出す）わけ。

また、ほんのちょっとの水が蒸発すると、とても多くの水蒸気になる。

この時「ガス」が「水」（水滴）に戻るとガスが占めていた空間に何も無くなるだろ。
そこへ「空気」が戻らなければ、そこは真空状態になるわけ。

…と、小学生レベルで説明したけど良かったかな？


・・・余談・・・

世の中の「真空パック」は、この原理を活かして、
袋の中に商品を入れたら水蒸気を吹き込んで中の空気を追い出すんだ。
そしてまだ温かいうちに袋を閉じてしまう。
すると水蒸気が冷えて水に戻り真空状態になるという仕組み。
真空ポンプで中の空気を抜いているわけではない。

この回答へのお礼

小学生レベルで説明していただきようやくおぼろげながらわかりました。
ごめんなさい体積とか重さとかいわれてもイマイチイメージできず。
助かりました。

お礼日時：2018/12/14 13:57

No.6 回答者： trajaa 回答日時： 2018/12/14 13:50

他の観点でも考えてみよう

水が加熱されて水蒸気という気体・ガスになったときには、その体積は元の水のおよそ1700倍とされている

つまり、初めのうちは水から水蒸気になった気体も元の空気と同じような比率でフラスコの外に出て行く
でも、フラスコの中に入っている空気はフラスコの容積でしかないから、やがてすべてが出尽くしてしまう
一方で、水蒸気の方は、ほんの一滴でも1700倍にもなるから、次々と水蒸気が発生して無くなることはない

この結果、ある程度水蒸気を発生させ続ければ、元の空気はなくなってすべてが水蒸気に置き換わると考えても
間違いではないレベルになる
これが前段の説明

逆にフラスコの中の水蒸気は、冷やされると元の水・水滴に戻ろうとする
このとき、水蒸気の1/1700の体積にまで小さくなってしまう
フラスコの中の水蒸気がどんどん水滴になっていくと、中のガスがどんどんなくなっていき
やがて中には何も気体が無い状態に近づく
必ずしも真空とは言えないが、真空に近い状態になる

こういう説明では理解できるかな？

液体と気体の体積の違いを考えよう

この回答へのお礼

ありがとうございます。
皆さんの回答と合わせて
改めて読むと、体積というものがおぼろげながらわかってきたようなこないような。
なんというか、
同じ空間の中で何やってんだ
っていう印象を受けました。
この実験。
それが科学の不思議なところなんでしょうか。
ありがとうございます。

お礼日時：2018/12/14 14:03

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2018/12/14 13:21

フラスコの水を沸騰させれば、どんどん蒸気が発生します。

発生した蒸気の体積が、元のフラスコの体の1000倍になったとしたら、フラスコの中の「もともとあった空気」と「発生した蒸気」の体積比率はどうなると思いますか？

「元の空気はそのまま残っていて、発生した蒸気のほとんどがフラスコの外に出て行った」と考えるのは不自然ですよね？
「フラスコの中の体積比は、空気：蒸気 ≒ 1 : 1000 程度になっている」と考えるのが自然ですよね？
空気の分子も水蒸気の分子も均一にふるまうとすれば、そうなりますよね？

つまり、フラスコに残っている「元からあった空気」は、当初の「約 1/1000」になっているわけです。（当然「ゼロ」ではありません）
なので、上記を冷やして水にすれば、水の体積は上記に比べてはるかに小さいですから、「フラスコの体積に中に、フラスコの体積の約 1/1000 の空気しか存在しない」状態になります。つまり、圧力はかなり下がります。ただし、正確な意味での「真空」にはなりません。（さらに、すべての蒸気が水になるわけではないので、圧力は 1/1000 までは下がりません。）

この回答へのお礼

ありがとうございます
今までなかった場所に、急に1000もの何かが発生してギュウギュウになった結果入りきれなくなったものが外に出た、というわけですね。

お礼日時：2018/12/14 13:49

No.3 回答者： amerikaumare 回答日時： 2018/12/14 13:19

水蒸気を湯気と間違えている人がおおいです

水蒸気は気体で透明です
フラスコに水蒸気を満たす（簡単な方法はフラスコに水を５ｍｍ位入れて沸騰させるです）とその分、空気は追い出されます。
　フラスコに栓をしてから冷やすと　水蒸気は水に戻って水滴になりますがこのときに体積が1500分の一になるのでほぼ真空になります（ここがわかりますか？）

＞なぜ水蒸気になると真空になるのか
違います　水蒸気が水になるときに体積が1500分の一になるのでほぼ真空になるのです（完全な真空ではないです　真空に近くなる（気圧がさがる）と水蒸気が水に戻らなくなりますので幾分かは水蒸気のままです）

この回答へのお礼

体積が1500分の1になるのでほぼ真空、すみませんその並びがよくわかりませんでしたので真空の意味を調べます。でもありがとうございました。

お礼日時：2018/12/14 13:52

No.2 回答者： ryuitimotomura 回答日時： 2018/12/14 13:16

それは簡単な理由です。

水蒸気の方が空気より水分を含む分重いからです。
実験でしているのは空気＋水の分子が空気より重い為空気を追い出すから
そういう結果になるのです。

この回答へのお礼

水蒸気は、空気より軽いと書いてあったサイトがあって、もう一度調べなおしてみます。ありがとうございました。

お礼日時：2018/12/14 13:53

No.1 回答者： raraririruru 回答日時： 2018/12/14 13:11

>空気が残って水蒸気が外に出るという逆にならないのは

水蒸気が満ちるということは
それだけその中に水分が充満しているということ

空気が残って水蒸気が出るということも多少発生しているだろうが
フラスコの中にどれだけ水蒸気を充満させるかが問題であって
どっちが外に出るとかはどうでもいいです
それに空気と水、とっちが重いと思いますか？

>なぜ水蒸気になると真空になるのか
水蒸気を満たすことで空気を追い出したから

この回答へのお礼

どっちが外に出るかは問題じゃなくて、たまたま空気が水蒸気に比べて少なくなったから、一緒に出たら空気のほうがたくさん出たようにみえる
というような感じで理解しました。
ありがとうございます

お礼日時：2018/12/14 13:55