水より重い気体について

少し前に質問された、kanemoteさんの質問の続きをさせて下さい。
深海の泡は、そのものすごい水圧で密度が非常に高くなり、ひょっとしたら水に沈むか？（＝水より重い気体）と疑問を持っていました。
単純計算をしたら７０００～８０００ｍくらいの深海では、密度が水より高くなります。実際にはいろいろ他に要因があって簡単ではないと思いますが、本当のところはどうなんでしょうか？
深海の泡は水に沈むのでしょうか？

No.8 ベストアンサー 回答者： hofuhofu 回答日時： 2002/11/23 23:05

> 密度が軽いので、いずれにしろ沈むことはなさそうですね

前回は沈むか、沈まないかに焦点を当てて回答していたので、溶解については無視していました。
実際は深海になってくると、窒素も無視できないぐらい溶けるようになると思います。
参考URLには純水中での溶解度しか載っていませんが、海水でも同じ(違うとは思いますが)と仮定すると、0℃・1気圧で窒素は水1ml中に対して0.024ml溶解します。
窒素の溶解度はヘンリーの法則に従うので、8000m程度の深海になると、
0.024×800=18ml
となり、かなり大きくなってきます。
周りには無尽蔵に水が存在するわけですから、よほど大量の窒素を持ってこないと一瞬で溶けてしまうのではないかと思います。
液体・超臨界での溶解度はわかりませんし、ヘンリーの法則がこの条件下でも適用できるか不明ですが、おそらく深海中では窒素は溶解した状態で存在していると思います。

> 空気は気体としては存在しない・と言うことになるでしょうか？
窒素を放出したとたん溶解するか、せいぜい一時的に超臨界状態になるだけだと思います。

> 屈折率などの違いから泡のように見えるのでしょうか？
窒素が溶解せずに存在するなら見えるとは思いますが、相当圧縮されるので小さな泡しかできないでしょうね。
あと気体を圧縮すると熱を放出します。それで周りの水が加熱され、屈折率が変わり、かげろうのような状態になると思うので、屈折率の違いで確認するのは難しいのではないでしょうか。
それが消える頃には、溶けてる可能性もありますし。

参考URL：http://www.asahi-net.or.jp/~ye3t-hrby/kagakusiry …

No.7 回答者： hofuhofu 回答日時： 2002/11/15 22:10

私も考えてみました。

結論から言うと、沈まないということになりそうです。

ややこしくなるので空気＝窒素と仮定して話をします。
まず、ここの「III-3. 液体窒素の性質 」によると、
http://www.scphys.kyoto-u.ac.jp/education/inshi/ …
窒素の臨界点は温度126K(=-147℃)、圧力3.4MPa(=34気圧)だそうです。
34気圧ということは、単純計算で水深330mというとこになります。
また、深海の水温をおよそ0℃とすると、水深330mを超えた時点で温度・圧力ともに臨界点を超えるので、窒素は超臨界窒素となります。
超臨界については私もよく知らないのでこちらを見てください。
http://homepage2.nifty.com/ToDo/cate1/tyorin1.htm
超臨界後の窒素が圧力をかけてることで、比重がどう変化するかはわかりませんが、こちらに水の圧力に対する比重のグラフがありました。
http://www.utnl.gen.u-tokyo.ac.jp/~beam/research …
これによると、どんなに圧力をかけたとしても超臨界状態が液体状態の密度を上回ることはなさそうですから、液体窒素の比重がおよそ0.8ですので、水より重たくなるということはないと思います。
また、臨界温度よりも高い温度だと気体は液体になることができないので、窒素の臨界温度が-147℃ですから、液体窒素は圧力を上げていっただけではできないでしょう。
http://fujielab.eco.tut.ac.jp/SCW/scfsetumei/SCF …

溶解についてはよくわからなかったので、無視しています。


> 海底には液体状の二酸化炭素がたまっているというような話（自信ナシ）を聞いたことがあります。二酸化炭素は大気圧下では固体から気体に直接昇華しますが、超高圧下では液体になるかも知れないですね。
これですね。
http://www.cheng.es.osaka-u.ac.jp/ohgakilab/tran …
二酸化炭素の三重点は5.2気圧、-56.6℃ですから、これ以上の温度・圧力では液体にすることができます。
温度によっては気体になってしまいますが。
http://www.koikeox.co.jp/seihin/gasu/TANNSAN.HTM

この回答へのお礼

早速の、しかもこれほど深いご回答ありがとうございます。
ＵＲＬを確認しながら読ませていただきましたので、お礼が遅れましたことをお詫びいたします。
結論としては、深海では空気は気体としては存在しない・と言うことになるでしょうか？。すなわち泡も見えないわけですね。いや、超臨界状態の空気がひとかたまりになれば、屈折率などの違いから泡のように見えるのでしょうか？。しかし、密度が軽いので、いずれにしろ沈むことはなさそうですね。
今思いついたのですが、昔見たテレビで深海探査船が海底を映すとき、泡がうつっていたような？？？。その泡は浮かび上がっていったような・・・。うろ覚えですが・・・。
ありがとうございました。

お礼日時：2002/11/17 20:19

No.6 回答者： noname#3136 回答日時： 2002/11/15 21:57

二酸化炭素はそんなに圧力をかけなくても、60気圧程度加えると常温で液化します。

液化した二酸化炭素は水より重いので、これを海に沈めれば浮かんでくることはないそうです。
これを利用して、大気中の二酸化炭素を深海中に安定に蓄積することで、地球温暖化を抑制しようという技術が提案されているのは聞いたことありませんか？まぁ、悪い言い方をすれば二酸化炭素の海洋投棄ですが。。。

あまり直接的な回答になってなくてすみません。

この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。
大気中の二酸化炭素を深海に蓄積ですか！。なるほど。珊瑚がやっていることを人間がするわけですね、それ自体環境に優しければ、究極の温暖化防止策になるかもしれませんね。
ありがとうございました。

お礼日時：2002/11/17 20:09

No.5 回答者： shota_TK 回答日時： 2002/11/15 19:54

面白いですね！真剣に考えちゃいましたよ！

話をわかりやすくするために、「窒素をビニール袋に入れて海底に持って行き、袋を開ける」という実験を想定しましょう。

圧力変化に伴う液体の密度の変化は、気体と比べるとオーダーが違うので考慮しなくていいでしょう。窒素は高圧を受け、分子同士が異常に接近して気体ではいられなくなります。つまり、海底の温度で液体窒素になりますね。袋を開ければ、液体窒素が海水中に流れ出ます。液体窒素と海水の相溶性はどうなんでしょうか？？？比重はどっちが大きいんでしょう？この点については、資料が手元にないのでわかりませんが、恐らく、海水中に液体窒素は拡散していくと思います。ただ、もし相溶性が非常に悪いなら（水と油のように）、表面張力が働いて、一体となって浮くか沈むか、ですね。沈めば海底にたまるし、浮けばあるところで沸騰して一気に海面まで上昇（あるいは海水に溶解）しますね。
そう言えば、海底には液体状の二酸化炭素がたまっているというような話（自信ナシ）を聞いたことがあります。二酸化炭素は大気圧下では固体から気体に直接昇華しますが、超高圧下では液体になるかも知れないですね。だとしたら、辻褄があうような気がします。
なんか、面白いですね～。

この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。
高水圧の元では、やっぱり液体になってしまうのでしょうか。
そうなると、泡とは言えないですね。

お礼日時：2002/11/17 20:06

No.4 回答者： appaloosa 回答日時： 2002/11/15 17:45

実は、気泡は水に沈めることは出来ます。

ペットボトルの中に、あめ玉入りの小さい袋(くるむタイプではなく密封タイプ)を入れ、その中を水で満たし、キャップをして完全に閉じます。当然、あめ玉の袋の中には少量ながら空気が入っていますから、袋は上に浮かびます。このペットボトルに大きな力を加えると、不思議な事に袋は水に沈むのです。

ただし、実際に深海でこの様な事にはなり得ません。何故なら、ペットボトルの中にある袋には、周囲から均等に圧力がかかりますが、海中では均等に圧力がかからないからです。従って、どんなに深海だろうと、気泡に圧力が均等にかからない以上、気泡には激しい浮力がかかって水面まで一直線に浮かぶだけです。

この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。
>ペットボトルの中に、あめ玉入りの小さい袋(くるむタイプではなく密封タイプ)　を入れ、その中を水で満たし、キャップをして完全に閉じます。当然、あめ玉の袋の中には少量ながら空気が入っていますから、袋は上に浮かびます。このペットボトルに大きな力を加えると、不思議な事に袋は水に沈むのです。

「浮沈子」のことですね。これは、適度の重りと気体の体積が水圧でわずかに減少し浮力が小さくなることを利用した物ですよね。

お礼日時：2002/11/16 13:20

No.3 回答者： a0123456789 回答日時： 2002/11/15 17:45

>単純計算をしたら７０００～８０００ｍくらいの深海では、密度が水より高くなります。

この際の比較対象の水の密度は常圧のものですよね？
計算が正しくて、深海の泡を常圧の水の中に入れられたら、泡は沈むでしょう...
でも、そのようなことは不可能ですよね！いくら高圧力にしても共存する水も密度が上がるので、水の中の泡は存在できるとしても浮くのではないでしょうか？(多分、高圧下では気体の溶解度が上がって泡は消失してしまうような気がしますが［炭酸水の中の炭酸の泡のように］)

この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。
やっぱり溶解度も関係しますよね。
「空気を風船に入れて深海に沈めたらどうなるか？」と、質問を変えたほうが良かったかもしれません。

お礼日時：2002/11/16 13:13

No.2 回答者： noname#25358 回答日時： 2002/11/15 17:45

　素人の蛇足です。

　水自身も、空気の何千分の一か密度が高くなるはずですよね。それも計算に入れなきゃいけない気がします。
　あと、空気が圧力差で元に戻ろうとする力とか……。
　どうでしょう？

この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。
元々の疑問は、「水より重い気体はあるか？」と言うことでしたが、少しでも現実的な意味を持たせようとして、「深海では泡はどうなる？」という質問をしたわけです。複雑な要因がありそうですね。

お礼日時：2002/11/16 13:09

No.1 回答者： a-kuma 回答日時： 2002/11/15 17:25

> 単純計算をしたら７０００～８０００ｍくらいの深海では、密度が水より高くなります。

本当？

圧力をかけると、気体は液体になる、ということを忘れてませんか？

この回答へのお礼

簡単な気持ちで質問してみたら、一晩で大勢の皆様にご回答をいただきありがとうございました。
>圧力をかけると、気体は液体になる、ということを忘れてませんか？
全くその通りですね。そうしたことや、他のことも含めて「色々な要因」言ったつもりでした。ありがとうございました。

お礼日時：2002/11/16 13:04