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化学の実験などで、溶液を沸騰させるときなどに、沸騰石を一緒にいれて加熱したりしますよね。あれは、突沸を防ぐためと習ったのですが、なぜあれを入れることによって、突沸を防ぐことができるのでしょうか?原理的なことが知りたいです。また、沸騰石は普通の石とどんなところが違うのでしょうか?よろしくお願いします。

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A 回答 (9件)

沸騰石には空気がいっぱい入っているからです。


不純物の少ない液体を沸騰させると、気化する「きっかけ」みたいなのが一気に訪れて突沸しますが、沸騰石を入れておくと、その中の空気が「きっかけ」になってくれて、少しずつ「きっかけ」を出してくれるようなイメージ。表現が間違ってるかもしれませんが。

で、普通の石とどう違うかということですが、「空気」です。
空気が入っていて、更に、その空気がが出ていける状況にあれば、沸騰石になることができます。市販の沸騰石でもいいし、レンガのかけらみたいなのでもいいし、学生実験では、沸騰石をガラスで作りました。ガラスをこねこねして、空気をいっぱい含ませて、棒状に伸ばした後適当な大きさに切ります。これでできあがり。

といことで、空気が大事です。
なので、いくらきちんとした沸騰石でも、一回使ってそのまま液中に浸しておいたものをもう一度使うことはできません。まあ、使っても大抵は大丈夫ですが、使ってはいけないことになっています。空気が液体と置き換わり、空気を出す能力がなくなっている可能性が大きいからです。

こんな回答でどうでしょう?
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この回答へのお礼

なるほど、そういうことなんですね。わかりました。ありがとうございました。

お礼日時:2002/02/23 15:54

私は物理屋でありますが、化学はまったくのど素人ですのでそのつもりで。



結局Yo-Na-Cさんと同じことかもしれませんが、私の理解の仕方を言います。
沸騰というのは、ある決まった半径(臨界半径?)の泡以上のものがあると、どんどん大きくなっていけるのですが、それ以下の半径だと大きくなれません。というのは、大きくなると、増加する単位体積あたりの、増加する界面の面積が大きいからです。界面はエネルギーを上げてしまうので。
で、沸騰石があると、その小さな穴の奥まったところを考えると、ある体積の泡を作るのに少しの界面の増加ですむので、エネルギーの上昇が抑えられ、沸騰しやすくなります。ここまでは自信があります。
そこで、再利用の問題になりますが、上の話は沸騰石が液で満たされている場合です。そうでない場合、穴の奥まったところは、空気があります。で、その空気のところに蒸気が入ってきます。このとき、恐らく、界面の増加は、液で満たされているときより少なくてすむのではないかと思います。
つまり、再利用しても効果はあるが、それは小さくて、新しいものを用いた方が良いということです。

ところで再利用するにはバーナーであぶってやればいいのでは?
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Yo-Na-Cさん>


いえいえ。

ところで、再利用ですが。
私もrei00さんの様に、ちょびっと追加して再利用していました。
わたしの場合は、溶媒を継ぎ足しながらではなく、一晩完全に冷えてしまった溶媒に次の日溶媒を足して蒸留するときに、ちょびっと沸石を足していました。
一晩置いたせいか、新しい沸石からでるぶくぶくより、再利用の方がちょっと弱かったような?
完全再利用…やっておけばよかった。
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rei00 です。



 Yo-Na-C さんの ANo.#4 の回答を拝見して,一言追加回答(?)させて下さい。

 先の回答に書いた様に,『ガラスについたキズや浮いているゴミなども沸騰石の変わりになり』,そこから沸騰が起ります。これが何故かが若干疑問だったのですが,Yo-Na-C さんの回答の様に考えれば納得できますね。ありがとうございました。

 で,これだけでは何ですから,「沸騰石の再利用」についての経験者談を少し。

 「沸騰石」として,ガラス細工で作った「沸騰棒」と市販の「沸石」に付いて経験があります。結果ですが,「沸騰棒」は1回使用すると再利用できませんでした。

 「沸石」は溶媒の蒸留で使っていましたが,溶媒を注ぎ足して何回か蒸留を繰り返す際に,「沸石」を出さずに(安全のため新しいものも2,3個追加しますが)蒸留を繰り返していました。

 この場合,かなりの回数まで最初に入れた「沸石」部分からも泡が出ていました。これが全部空気とも考えにくいですので,Yo-Na-C さんの原理も関係していると思われます。

 つまり,手作りの「沸騰棒」では直ぐに溶媒で穴が満たされるために,再利用できなくなる。しかし,市販の「沸石」では,界面部分が多いため,穴が溶媒で満たしきるのに時間がかかり,その間は再利用ができる。

 いかがでしょうか。沸騰石再利用の「経験者」としてのアドバイスですが「自信なし」です。
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katchiさん>


「きっかけ」が空気なのですね。納得です。字面だけ見て揚げ足取ってしまったようで、ごめんなさいね(ぺこり)。
沸騰石ですが、確かに「再利用しない方がいい」とよく言われてますね。でも本当に再利用できないのか?というのが実のところ、長年の疑問です。実験しようにも今は手軽に実験できる環境にないし、本当に再利用しない方がよくて突沸しても怖いし・・・(汗)誰か試した人がいたら教えてください!
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??「沸騰石から出ている気体は全て沸騰石の中にあった空気だ」とは言ってないと思うのですが?わかりにくかったみたいで、ごめんなさい。


当然あの、ぶくぶくしているものは、沸騰させたい液体が気化したものです。
あくまでも、沸騰石のなかの空気は「きっかけ」。
Yo-Na-Cさんのご回答を読んで、なるほどとも思ったのですが、疑問も。

液体との接地面積の広さということでしたが、では、一度使った沸騰石をそのまま液体中で冷やしてしまった時、再利用しない方が良いというのはどうしてでしょう?
私はこれを「孔を液体が埋めてしまったから」と解釈しましたが、液体と石の接地面積で言うと、変化は大きくないはずですよね?
それとも「再利用しない方が良い」というのがそもそも間違った情報だったりして…。それだったらごめんなさいね。
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沸騰しはじめる「きっかけ」が必要だ、というのは、他の方のご意見と一緒ですが、そのメカニズムについては、沸騰石の表面で熱力学的な均衡状態がくずれることが原因だと思います。


 沸騰石は表面に小さな孔がたくさんあいています。このため大きな表面積を持ち、水の中では普通の石よりも広い面積で水と接している、つまり水と石との“界面”が広いことになります。界面には、「2つの異なった物質が接している」という“不均一さ”に起因する、界面自由エネルギーというエネルギーが存在します。この界面自由エネルギーにより、界面は均一な部分に比べてエネルギーが高くなっています。よって沸騰石の表面付近の水は、水温が100゜Cに達した時点で「まっとうに」沸騰し始めます。
 と、大学の熱力学の授業で(雑談として)習った覚えがあります(何年前に??)。

ですから、沸騰石から出てくるものは空気ではなく、水蒸気だと思います。もし空気なのであれば、あれだけの量の空気が小さな石の中にどうやって貯蔵されているのか、別の興味が生じるのですが(笑)。
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この回答へのお礼

ちょっと難しいですが、なんとなくわかりました。ありがとうございました。

お礼日時:2002/02/23 15:55

 「突沸」あるいは「沸騰石」に関しては,OK Web でも何度か説明されています。

トップペ-ジ(↓1番目)で検索してみて下さい。例えば,次の様なものがあります。

・QNo.163592 水溶液の突沸
 http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=163592
 ここの ANo.#1 で紹介したペ-ジ(↓2番目)もご覧になってみて下さい。

・QNo.175309 液体を加熱するときに沸騰石を入れるのはなぜですか?
 http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=175309


 なお,『中に入れた石どうしが、ぶつかること』は殆どありません。安定して沸騰している場合,沸騰石は殆ど動きません。また,ガラスについたキズや浮いているゴミなども沸騰石の変わりになります。

参考URL:http://www.okweb.ne.jp/index.php3, http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/kikk …
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2002/02/23 15:53

中に入れた石どうしが、ぶつかることによって、エネルギーを少しづつ消費するので、


大きなエネルギーが突然出るのを防ぐ、とか聞きました。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2002/02/23 15:52

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Q沸騰石は何で出来ているのでしょうか?

こんばんは。

理科の実験などで、突沸しないように沸騰石というものを液の中に入れると思いますが、いったいこの沸騰石は何で出来ているのでしょうか?また、どうしてその沸騰石というものが突沸を防ぐのでしょうか?

ご教授願えませんか?よろしくお願いします。

Aベストアンサー

沸騰石の素材はいろいろですが、そこらの石では不十分でしょうね。
一般的には、素焼きの小さな玉(直径1mm程度でしょうか)が沸騰石として市販されていますが、ガラスを溶かしたものを気泡を取り込むように混ぜて(ちょうど水飴を混ぜて白く濁らせたりするように)、それを細くのばしたものを自分で作成し、それを適当な長さに折って使いこともあります。また、カーボランダムのものもあったと思います。
精密な実験でなければ、沸騰石がわりに割り箸をビーカーにさして加熱することもあります。

一般的には、多孔質の素材であって、その成分が溶け出して、内容物を汚染したり、分解したりすることさえなければ素材は何でもかまいません。

Q突沸を防ぐ原理

液体が沸点に達した直後も沸騰せず、そのときわずかな振動などで、液体が突沸すると理解しています。突沸を避けるのに沸騰石を入れるとよく言われますが、
その原理のようなものあるのでしょうか?教えてください。

Aベストアンサー

過去ログをぱらぱらと見てみましたが,まだどなたも正しい回答には辿り着いていないようです。答えを先に書くと「実質的に沸点未満での沸騰が可能になるから」というのが正解です。

さて,気化には二種類あるのをご存知でしょうか? 液体内部から直接気化する「沸騰」と,気液界面における「蒸発」ですね。前者は相転移現象と呼ばれ,後者は相平衡現象と呼ばれます。沸騰は,沸点に達して初めて起こる現象ですが,蒸発はいかなる温度でも起こります。洗濯物が室温で乾くことを考えればわかりますよね?

沸騰石は多孔質体であり,孔内に多くの空気をかみ込んでいます。つまり,比熱が低くくて熱しやすい空気と,気液界面とを合わせ持っていることになります。この結果,沸騰石が液体内に入っていると,液体内部からの直接的な「沸騰」ではなく,孔内における「蒸発」による気化が可能になります。

99℃に熱された水を想像してください。沸点未満ですので沸騰は起こっていませんね。しかし表面では蒸発が起こり,湯気が立ち上っているでしょう。この表面と同じように,沸騰石の孔内の気液界面でも盛んに蒸発が起こり,水蒸気が発生しています。発生した水蒸気は沸騰石から離れ,気泡となって表面に浮かんできます。つまり,実質的に沸騰と同じような現象が起こるわけです。

いち早く沸騰石から気体が発生し,それによって液体が攪拌されるため,過加熱といった現象が起こらなくなります。これが突沸を防げる理由です。

# 片方が封じられて空気をかみ込んだガラスのキャピラリーも,沸騰石の代わりになります。ようは「蒸発ができる場」を沈めこんであげれば良いだけなのですね。

過去ログをぱらぱらと見てみましたが,まだどなたも正しい回答には辿り着いていないようです。答えを先に書くと「実質的に沸点未満での沸騰が可能になるから」というのが正解です。

さて,気化には二種類あるのをご存知でしょうか? 液体内部から直接気化する「沸騰」と,気液界面における「蒸発」ですね。前者は相転移現象と呼ばれ,後者は相平衡現象と呼ばれます。沸騰は,沸点に達して初めて起こる現象ですが,蒸発はいかなる温度でも起こります。洗濯物が室温で乾くことを考えればわかりますよね?

沸...続きを読む

Q中三生に、自由研究のテーマをお願いします。

こんにちは、中学三年生です。
今、自由研究で困っています。
自由研究は成績に大きく影響するので、なんとかよいものに仕上げたいと思っているのですが、テーマがどうしても思いつきません。
受験生で、競争が激しいので、あまり自由研究に時間をかけることもできません。
植物か環境に関係することを研究したいと思っているのですが、何かいいテーマはないでしょうか。
四つ切画用紙に四枚以上書かなければならないので、たくさんレポートの書けるもの、または関連するいくつかの研究を教えていただければありがたいです。
注文が多くて申し訳ありません。
別に当てはまらなくても構いませんので、何か教えてください。
お願いします。

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Q沸騰石の原理

なぜ、沸騰石は突沸を防ぐのでしょうか?

Aベストアンサー

こちらの過去質問に対する回答を御覧になってみて下さい。

 ・http://oshiete.eibi.co.jp/qa221588.html
  QNo.221588 沸騰石はなぜ突沸を防ぐのですか?

 ・http://oshiete.eibi.co.jp/qa1072105.html
  QNo.1072105 突沸を防ぐ原理

 ・http://okwave.jp/qa175309.html
  QNo.175309 液体を加熱するときに沸騰石を入れるのはなぜですか?

参考URL:http://oshiete.eibi.co.jp/qa221588.html,http://oshiete.eibi.co.jp/qa1072105.html,http://okwave.jp/qa175309.html

Q沸騰石の問題で

『加熱中に沸騰石を入れては危険』な理由を問う問題があるのですが、自分で調べてみても「逆に突沸を誘発する」とだけしかわかりませんでした。

何故誘発をするのか、細かい理由を教えてもらえませんでしょうか?

Aベストアンサー

温度が沸点以上(過熱状態)であるときに衝撃などを加えると、
一気に沸騰が広がってしまいます。
ですから、沸騰石を入れたことが引き金となって突沸が起こることがあります。

沸騰は、液体中の小さな気泡が核となって液体から気体に変化しやすくなること
により始まります。しかし、液体中に核となるものが存在しなければ、
沸騰が起こりにくく、過熱状態となってしまいます。

これを防ぐために、空気を中に多く含む多孔質物体が沸騰石として用いられます。
多孔質物体の中の空気が核となり、沸騰を誘発するのです。

Q元素と原子の違いを教えてください

元素と原子の違いをわかりやすく教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

難しい話は、抜きにして説明します。“原子”とは、構造上の説明に使われ、例えば原子番号、性質、原子質量などを説明する際に使われます。それに対して“元素”というのは、説明した“原子”が単純で明確にどう表記出来るのか??とした時に、考えるのです。ですから、“元素”というのは、単に名前と記号なのです。もう一つ+αで説明すると、“分子”とは、“原子”が結合したもので、これには、化学的な性質を伴います。ですから、分子は、何から出来ている??と問うた時に、“原子”から出来ていると説明出来るのです。長くなりましたが、化学的or物理的な性質が絡むものを“原子”、“分子”とし、“元素”とは、単純に記号や名前で表記する際に使われます。

Q再結晶の原理

大学の実験でサリチル酸と無水酢酸からアセチルサリチル酸を生成する実験をしました。
サリチル酸に無水酢酸と濃硫酸を加え、60℃のお湯で15分間加熱し室温まで冷却し水を加え氷水につけてさらに冷却し、軽く攪拌しながら結晶を析出させ、
それを再結晶させたのですが、恥ずかしながらこの再結晶の原理がわかりません。

再結晶の原理をわかりやすく教えてもらえませんか?

Aベストアンサー

溶解度の温度による差を利用しています。
ほとんどの物質は温度が上がると溶媒への溶解度が上がります。そこで温度を上げて粗製物を溶かし、次いでこれを高温に保ちながら濾過して不溶物を除き、次に冷却して主成分を結晶として得ます。
着色等が見られるときは加熱状態で少量の活性炭を加え不純物を吸着させてから熱時濾過します。活性炭の粒度が小さ過ぎたり濾紙が粗過ぎたりすると活性炭が濾液に混ざるので注意。
一般にかなり純度が高くないと再結晶しても別れない組み合わせがあります。

Q吸光度の単位

吸光度の単位は何でしょうか!?
一般的には単位はつけていないように思われるのですが。。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

物理的には、No.1さんも書かれているように吸光度も透過度も基本的に同じ単位系の物理量どうしの「比」なので「無単位」です。しかし、無名数では他の物理量、特に透過度と区別が付かないので、透過度は"透過率"として「%」を付けて表し、"吸光度"は「Abs(アブス)」を付けて呼ぶのが業界(分析機器工業会?)のならわしです。

Qアセチルサリチル酸の合成の実験を行いました。

アセチルサリチル酸の合成の実験を行いました。




サリチル酸と無水酢酸を加え濃硫酸を加える

60度の温水で温める

冷却しながらガラス棒で擦りながら結晶を析出させる

結晶をろ過し、乾燥させる。

といった実験を行いました。



この実験において、無水酢酸であることに意味はあるのでしょうか?平衡反応の問題でしょうか?

また、生成された結晶を乾燥させた後、色やにおい、結晶の形を調べなければいけなかったのですが、時間がなく調べることができませんでした。
生成された結晶はアセチルサリチル酸なのですが、どのような色、におい、形状なのでしょうか?

詳しい方、教えていただけると嬉しいです。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>平衡反応の問題
と言っても間違いでは有りません。もっとちゃんと言えば、酢酸よりも無水酢酸の方が反応性が高い、となります。それぞれの反応式は
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 ●無水酢酸+サリチル酸 → アセチルサリチル酸+酢酸
酢酸を使った場合は、水が生成するので、かなり可逆的な反応になりますから、アセチルサリチル酸の収率が下がります。

アセチルサリチル酸の性状はご自身で調べてください。かなり有名な化合物なので、いくらでも調べる方法は有ります。

Qなぜ100度になっていない水も蒸発するのでしょうか?

中一の子供に
「水は100度で蒸発するって習ったけど、部屋や外に置いてある水が、沸騰してないのに、ちょっとずつ蒸発してるのはなんで?」
と聞かれました。
どなたか中学生にもわかるように、説明していただけるかたいらっしゃいませんでしょうか!(自分もそういわれると、気になってしょうがなくなりました・・笑)

Aベストアンサー

 「今日はじめじめしてますね」とか、「異常乾燥注意報発令中」とか聞いたことありませんか? どれも、湿度つまり空気中の水蒸気の量を問題にしている言い方です。もっと直接的には「今日の○○時の湿度は△△%程度です」などという表現をすることもあります。

 この湿度というのは何を基準にしているかというと、その時の温度で、空気中に存在することが可能な水蒸気量です。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるというわけです。

 さて、液体の水は、互いに結びついて完全に固くはならない(氷にはならない)けれど、完全に切り離されてばらばらにもならない(水蒸気にならない)状態にある水の「分子」の集まりです。この集まりの中には、ちょっと"元気な"分子もいて、中には空気中に飛び出してしまうものがあります。一方、空気中の水蒸気の中にはちょいと"元気"がなくなって、"おとなしくしている水"の仲間に加わるものもあります。

 このような性質を持つ水を、空気といっしょに密閉容器に半分くらい入れて温度が一定の状態に保ってみましょう。最初は水蒸気がなかった、つまり完全に乾燥した空気があるとします。初めのうちは、水の中の"元気者"がどんどん出て行って空気中に広がり、湿度が上がっていきます。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるので、そのうち容器の中の空気は水蒸気でいっぱいになってしまいます。湿度100%です。こうなってしまうと、後は、ちょいと"元気がなくなって"水に戻る分子と"元気よく"水から飛び出す分子の割合が等しくなって、見かけ上何も変化が起こらなくなります。

 密閉容器の場合は、上記のようになりますが、水が部屋や外にある場合は、空気は大量にありますしどんどん入れ替わりますから、周囲の空気の湿度が何かの理由で100%にならない限り、水からは分子が逃げ出す一方になります。そのために、からっとした季節には、雨上がりにあった水たまりがいつの間にか蒸発してなくなったり、洗濯物がよく乾いたりするわけですね。逆にじめじめした季節には乾きが悪くなります。

 ちなみに、水は1気圧のもとで100℃で沸騰します。このときも蒸発は起こっていますが、水の表面ではなくて内部でいきなり気体になる(この現象を「沸騰」と呼んでいます)分子の方が圧倒的に多くなるので、目立たなくなります。

("元気"のような擬人的な表現を使いましたが、本来は"運動エネルギー"のような物理用語を使わなければいけません。中学生にもわかるように、ということですので、敢えて"禁断の"表現法を使いました。)

 「今日はじめじめしてますね」とか、「異常乾燥注意報発令中」とか聞いたことありませんか? どれも、湿度つまり空気中の水蒸気の量を問題にしている言い方です。もっと直接的には「今日の○○時の湿度は△△%程度です」などという表現をすることもあります。

 この湿度というのは何を基準にしているかというと、その時の温度で、空気中に存在することが可能な水蒸気量です。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるというわけです。

 さて、液体の水は、互いに結びついて完全に固くはならない(...続きを読む


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