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水は極性、二酸化炭素は無極性。
そして、極性どうし・無極性どうしだと溶けると学校で習いました。つまり、水には極性のものしか溶けないということになります。
しかし、二酸化炭素は水に溶けます。
これはなぜでしょうか? ご回答よろしくお願いします。

A 回答 (4件)

今回ちょっと関係ないかも知れませんが、無極性にも色々あり、パーフルオロカーボン類は気体を良く溶かしますが、アルカン類とは分かれてしまいます。

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>CO2 + H2O ⇔ H2CO3



CO2(空気中) + H2O ⇔ CO2(水中) + H2O ⇔ H2CO3
と、空気中のCO2が、水中に分子上の状態で存在して、次に水と反応して炭酸になります。
左側の平衡は平衡になる時間が短いですが、右側の平衡になるまではかなりの時間が必要です。
ガスの場合には、無極性でもある程度とけます。たとえば、N2、窒素ガスがあります。これは、水は、H2Oの分子で存在しますが、液体ですから、ある程度振動しています。このために、分子と分子の間に隙間があります。この隙間に空気中の気体が侵入して、見かけ上溶けているような状態になります。

「極性分子がとける」というのは、水と水和反応を起こすためです。
たとえば、「NaClは、Na+ と Cl- のイオンになり溶ける」と言いますが、固体のNaClの界面に水分子がよってきて、NaやClの原子の周りをH2o分子が包み込んで、イオン化するのです。これが「極性分子がとける」機構です。

CO2の場合には、O=C=OのどちからのC=O結合がきれて、O=C(-OH)(-OH) (本来は「-OH」を上と下に斜め線で描くのですが、書けないのでこのような表記にしました)と変化します。片側に -OHが2個ついて、極性が出てきます。だから、溶けます。
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二酸化炭素は一部が水に反応することもありますが、全体として無極性でも部分部分にある極性(C=Oの極性)が外から丸見え(C原子が隠れていない)というのも一つの理由になりそうです。


#二酸化炭素は水に溶けるとは言いますが、正直、よく溶けるとは言い難いものがあります。

極性どうし無極性どうしという考えもあまりよろしくありません。
極性の似たもの同士がよく混ざりやすいのです。(極性大は極性小と強く混じりません)
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下記のとおり、水に溶けて酸性になります。

だから炭酸水。
CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3-
結論から言えば、極性とかではなくて、二酸化炭素は水に溶けると解離して炭酸イオンになるからです。
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