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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。

A 回答 (4件)

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
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「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。
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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。
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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
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これは、コップが常温であるのに、100℃近いお湯を入れると、
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100%のアルコールは別ですが、お酒にせよ、各種の油にせよ、燃焼しない成分、または非常に高温でないと燃焼しない成分が含まれています(例えばワインだと、水分がかなり含まれていますが、これは燃えません。またその他の不純物もアルコールよりずっと発火点や引火点が高いです)。

ブランディーはワインよりもずっとアルコール濃度が高く、燃えやすいはずですが、ブランディーにマッチの火を近づけてもブランディーは燃え出しません。これは、液体状態で燃え出すには無理があるからです。

アルコールが液体状態で燃え出すのは、あれは燃えているのは液体のアルコールではなく、熱によって気化したアルコール蒸気が燃えているのです。アルコールは気化熱が少ないので、すぐ気化し、蒸気になると体積が大きくなり、空気(酸素)との接触混合体積も大きくなり、これが燃えているのです。

ブランディーやワインだと、火を近づけると、少しのアルコールは気化しますが、水も一緒に温度を上げないといけないため、多くの量のアルコールが気化しません。その結果、瞬間に小さな蒸発部分が燃えても、気づかないし、マッチ程度では、それ以上、「アルコール+水」の混合液体の温度を上昇させることはできないので、燃えません。

しかし、ワインやブランディーの蒸留過程で、蒸発して来るアルコール蒸気をうまく細い管などに集めることができると、場合によって、この蒸発成分のアルコール濃度が高いと、そのまま燃えます。ただ、水も水蒸気になって混じるので、燃えないこともあります。蒸気を分留すれば、アルコール蒸気だけなら、空気を十分加えれば、よく燃えます。

ブランディーの場合、角砂糖に染み込ませるとか、干しぶどうに振りかけるとかすれば、マッチの火を近づけると、角砂糖が燃えだし、干しぶどうの表面で、ブランディーのアルコール成分が燃え出します。

これは蝋燭の芯や、昔の油灯火の芯と同じ原理で、アルコールが空気と接触する面積を大きくして、蒸発アルコールと空気の混合がより起こりやすくしているため、マッチの火を近づけ、引火が起こると燃焼がその部分で継続するのです(灯芯や干しぶどうが燃えるのではなく、そこに含まれるワインや油のなかの気化したアルコールや油蒸気が燃えます)。

しかし、この場合でも、ワインのように水が多いと、アルコールの気化体積が少ないので、燃焼が継続的に起こらないのです。

料理の時にワインが燃えるのは、鍋の温度が非常に高温で、またワインが広い面積に広がり、気化面積が大きくなるので、それだけアルコールの蒸発分が多くなり、また、空気との混合も十分に行われ、全体が一挙に引火するため、瞬間燃えるのです。

この瞬間的な燃焼なら、ブランディーにそのままマッチの火を近づけても、ごく一部、気づかない程度に起こっているはずなのです。料理鍋に加えると、ワインが鍋の内容に一挙に広まり、高温で一挙に気化し、水の気化はそれに遅れるので、アルコール蒸気が大量の空気と混じって、一挙に燃えるのです。

無論、料理に油を使っていますから、この油の高温蒸気と気化したアルコールが一緒になって燃えるということも考えに入れないといけないでしょう。

燃焼には、「燃焼物+酸素+温度」の三つの条件が必要なのです。上で説明したように、ケースケースで、酸素が混合されておらず足りなかったり、温度が低すぎるなどで、燃えない場合と燃える場合が分かれるのです。
 

 
ワインとかブランディーとかアルコールのような液体での「燃焼」を前提に考えます。

100%のアルコールは別ですが、お酒にせよ、各種の油にせよ、燃焼しない成分、または非常に高温でないと燃焼しない成分が含まれています(例えばワインだと、水分がかなり含まれていますが、これは燃えません。またその他の不純物もアルコールよりずっと発火点や引火点が高いです)。

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Qアンモニアの噴水実験の原理について

アンモニアの噴水実験を、行ったのですが。その原理がよく分かりませんなので、レポートを書くのにすごく困っています!誰か、助けて下さい!お願いします。

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アンモニアの噴水実験,簡単にできてインパクトがありますよね。
ビーカーに水をいれ,ガラス棒付きのゴム栓をした丸底フラスコを立てておく。ゴム栓のガラス棒の脇に小さなスポイトがあって,その中にも少量の水が入っている。
で,スポイトの水をフラスコの中に押し出すとビーカーの水が噴水になってフラスコ内に上がってくる。
ここで,このフラスコの中にはあらかじめアンモニアという気体が充満していないとだめなんですよね。
アンモニアという気体は水に非常に(異常に)よく溶けます。温度が20度ぐらいだと,水1mlに300mlぐらいは溶けます。わかります?そんなあほな,というぐらい溶けるんです。
ということは,はじめにスポイトでほんの少し加えた水,多分1mlか2mlはあったと思うんですが,これでフラスコ内のアンモニアが全部溶けてしまうというのがわかると思います。(フラスコは500mlぐらいのを使ったんじゃないでしょうか?)
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アンモニアという気体は水に非常に(異常に)よく溶けます。温度が20度ぐらい...続きを読む

Q水蒸気は水の何倍ぐらいの体積になりますか

どのくらいの倍数になるか知りたいのです

Aベストアンサー

温度や圧力によって違います。
1気圧100℃の状態であれば、(22400x373)/(273x18)=1700倍になります。
ただし、温度が1℃変化するごとに、上記の373分の1ずつ変化します。また、圧力には反比例します。

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

Q月はどちらの方角から昇るのでしょうか

太陽が東からのぼり西に沈み、月は反対かと思っていましたが、どうも間違いのようです。月はどの方角から昇るのでしょうか。

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もう既に回答が出ている様に、現代の感覚では月は東から昇るのですが、
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鍋やフラスコの下が温められてそこからガス化して
水蒸気になって上がってくるのだよ。

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なぜ、水は個体(氷)になると体積が増えるのですか?子供に聞かれて答える事ができません。誰か教えてください!

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たいていの積み木は、きちんと並べた方が小さな箱に収まります。
ただし、たとえば、枝が生えたような形の積み木(積み木か?)だとして、ばらばらなときにはどういう状態でもいいけど、並べるときには、ちゃんと、枝と枝をっくっつけて並べないといけないという決まりがあれば、そういう積み木に限っては、きちんと並べると、お互いに枝が突っ張る分、大きな箱が必要になります。
実は、水の分子というのはこういう珍しい特徴を持っています。

もう少し付け加えると、水の分子構造の関係で、液体の状態だと、単にばらばらというよりも、お互いにくっつこうとします。こういうわけで、液体の状態でも、ちょっと体積が減る傾向があります。

そんなわけで、水は凍ると体積が増えるわけです。


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