冷やしたときの逆流

学校で、フラスコに入れた水を沸騰させて上にゴム栓をつけてガラス管をつないで、隣に水の入ったビーカーを用意して発生させた気体がそこに出るようにした実験をしました。
フラスコの中の水が沸騰するとガラス管を通ってビーカーの中の水に泡となってみえました。この泡の正体は水蒸気だと思います。そして先生が「ガラス管を抜いてから火をとめて」といいました。もし、そうしなければ、ビーカーの中の水がフラスコに逆流するから。といっていました。なぜ逆流するのかわかりません。その逆流もやらせてもらえませんでした。どれくらいの水が逆流するのですか。教えてください。

No.4 回答者： hk208 回答日時： 2007/11/10 17:51

フラスコ内にある水蒸気が

加熱をやめたことによって水になります
水になるとき体積が減るので
ビーカーの中の水がガラス管を通り
フラスコに戻ります
それによってフラスコが急に冷やされるので
フラスコが割れてしまいます
どれぐらい逆流するかは分かりません

No.3 回答者： htms42 回答日時： 2007/11/07 12:53

「加熱したフラスコに水が入ると割れる」と書かれています。

これは空焚きをした場合です。

蒸留や加熱反応のような場合、中に水溶液が入っています。１００℃程度です。これに２０度の水が入っても割れません。フラスコは加熱を前提としたガラス容器です。

残っている水のある範囲以外を加熱するということをやっていたのであれば割れるかもしれません。その場合はフラスコをゆすって中に残っている液がその部分に触れるだけでも割れるかもしれません。普通は真下から加熱しているのですからそういうことは無いはずです。

逆に考えましょう。「１００℃のフラスコに２０℃の水を入れると割れるかも知れない」と書いてあります。「２０℃のフラスコに１００℃の水を入れる」と考えてみてください。これは普通の実験操作としてやることだと思います。割れません。この程度の耐熱性は充分持っています。景品でもらった家庭用のガラスコップなら割れるかもしれませんが化学実験用のガラス器材では大丈夫なはずです。

私は塩化アンモニウム水溶液を用いた蒸留実験で逆流もやらせています。生徒実験です。ビーカーの中に水を入れ流出液をとるときの冷却液としています。試験管に流出液がたまったら火を止めます。そのとき蒸留用のガラス管を冷却液の中につけさせます。ビーカーの中の水が全部フラスコに中に入ってしまいます。振動はしますが割れるということはありません。
次の実験作業に入るときに熱いフラスコが狭い実験机の上に残ったままだと火傷をする可能性があります。逆流をさせると熱いフラスコ二水を入れるわけですから速くさめます。火傷の心配がなくなります。

大きなフラスコに大量の水がまっすぐに落下するということがあれば衝撃で底が抜けるという可能性はあります。
生徒実験で使う小容量のフラスコでガラス管から水が逆流するというレベルであれば大丈夫です。
やはり逆流も経験してみるのがいいと思います。
私もはじめはやっていませんでした。やっても大丈夫だという助言をもらってやるようになりました。
今からでも先生に言ってやらせてもらうといいでしょう。

蛇足です。
この実験は蒸留操作を経験するという目的もありますが「蒸留は純物質を得る方法である」と書かれている教科書の記述に対して「そうではない」ということを知ってもらうという目的もあります。塩化アンモニウムはそのために選んだ物質です。

No.2 回答者： myeyesonly 回答日時： 2007/11/06 22:33

こんにちは。

大筋、前の方のとおりですが、もうちょっと細かく説明いたします。
まず、フラスコで水を沸騰させると、大量の水蒸気が出来ますね。
これがゴム栓に刺してあるガラス管から外に出てゆきます。
その際、中の空気も一緒に出てしまいます。
ある程度時間がたつと、空気は殆ど無くなり、水蒸気だけになります。

そうすると、火を止めた瞬間から熱がこなくなるので、沸騰はやみ、外部の空気によってフラスコが冷やされてゆきます。

それによって、水蒸気はまた水になりますが、同じグラム数の水と水蒸気は体積が１０００倍程違いますので、水蒸気が水になると、体積が非常に小さくなり、フラスコの中は非常に圧力が低くなり、ガラス管の先を水に入れたままだと、その分の水を吸い込んでしまいます。

最終的に全部冷えて水になってしまうと、フラスコの中は殆ど水蒸気なので、ほぼ水で満タンになってしまいます。

１００度近いフラスコに外部の２０度程度の水が急激に流れ込むと、フラスコが割れてしまう可能性が大きいです。

この吸引実験はやけどや怪我の心配があるので、事前に十分準備して安全対策を講じた実験でないと危険ですので、普通はやらしてもらえません。
フラスコが割れるだけならいいのですが、加熱を何で行ってたかによっては更に危険が増えます。
例えばフラスコが割れて水が加熱装置にかかった場合、電熱器やマントルヒーターなどでやってれば電気がショートしてもっと危険ですし、ガスバーナーだと、ガス漏れなども起こりえますしアルコールランプなら、ランプがわれてしまう事もあります。

でも、本当に化学を志す人の場合は、そういう実験は経験しておくべきなのは確かです。

No.1 回答者： rimurokku 回答日時： 2007/11/06 22:17

フラスコから気体が水中に出た分水が逆流します。

しかも加熱されたビーカーに冷たい水が一気に入ってくれば、フラスコが破損する可能性があります。

この回答への補足

答えをありがとうございます。
なぜ「フラスコから気体が水中に出た分」なのですか？わからなくてすみません。おしえてください。

補足日時：2007/11/06 22:25