出産前後の痔にはご注意!

爆発濃度以下の水素と窒素の混合ガスを室内で使用します。ガスはブローガスとしての使い方ですので、特別に混合ガスを回収、排気しません。水素の大気中での爆発濃度は4%以上だと思いますが、混合ガス中の軽い水素が分離して上昇し、天井付近では、爆発濃度以上に到達する可能性があるのでしょうか?時間がたつとガスは拡散して均一になるという説明をされる方と軽いガスが上昇するという説明をされる方がいて、判断がつきません。よろしくお願いします。

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A 回答 (3件)

一応セミプロなので、回答をしますね。


水素と窒素の混合ガスは、ガスクロの標準ガスで使いますので、
オーダーで、ご希望な濃度の混合ガスを作ります。
水素濃度が2%以下なら、オーダーを受けますが、普通は水素0.5%以下希釈品しか要望は有りません。
大気に拡散しても、均一で、上部に溜まることは無いと考えます。
水素の分子は小さいので、金属配管でも、極微量に漏れます。

一番の問題は、理系の大学生&社会人なら、もう少し安全に気を配りましょう!! 普通は局所排気装置内で、パージを考えます。
普通に、屋内にパージして、天井に水素が溜まったらどうしようと
考えること自体、ナンセンスです。
密閉屋内なら、パージによる、窒息を優先に考えませんか?
正直申して、窒素を屋内でパージしても、さほど酸素濃度は下がらないと考えます。
私は、有害ガスばかり使うので、ドラフトは絶対必要です。
途中で排気を止められたら、毒ガスが逆流して死にますから・・・。

予断ですが、昔の仕事柄で、商品の水素発生の貯蔵安定性を見るために
50℃の恒温器に、水素濃度80%は出ているだろうという商品を、
密封パックして保管します。 安全係数を考えて、全部が破裂した場合でも、濃度が1%以下になるようにしております。
念のために、オフレコで高濃度密封パックを火で炙ってどうなるか
試してみましたが、音も無く穴が開いたのみ。
たぶん、無色の炎が出たのかも知れませんが????

水素の混合ガスは、万が一を考えてドラフト内のパージが基本です。

あなたは、どんな資格をお持ちですか? 教えてください。
私は、有機則 酸欠 特化則 危険物甲 高圧ガス製造の免状を
持ってます。 私の持っている資格で 何が危ないのか、勉強します

無資格で、実験をするのは ちょっと考え物です。
質問に呆れました。
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この回答へのお礼

お礼が遅れ申し訳ありません。ありがとうございました。
資格はないです。

窒素はすでにかなり前から現状の環境で使用しており、酸素警報機も設置していますが、経験上酸素濃度はほとんど変わらないため、水素の方を心配しました。
今回も同時に使用する窒素の量を考えると、水素は極微量なので、簡単に考えていました。
参考にさせていただきます。

お礼日時:2008/12/16 18:53

水素濃度が高い部分があると、その部分は多少拡散で水素濃度が下がりながらも上昇します。


長い時間の後には均一になりますが、一旦上昇して蓄積した水素はかなり長い間部屋の上部に溜まっています。
それが危険な濃度か否かは水素の噴出速度で決まるので一概に危険かどうか判断できません。
さらに不思議なことをおっしゃいますが、
>爆発濃度以下の水素と窒素の混合ガス
窒素と水素は高圧、触媒存在下でしか反応しませんので、「爆発濃度以下の水素と窒素の混合ガス」というものは存在しません。あくまで「水素」と空気中の「酸素」の比が爆発限界を決めます。

また、換気ですが、通常のモーター駆動の換気扇(誘導モーター以外)は発火源となりますので、換気の出口には使用できず、換気の入り口、つまり外気の吸気口に取り付けなくてはなりません。
水素を使用する場合、注意をし過ぎるということはありません。
非常に恐いです。
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この回答へのお礼

お礼が遅れ申し訳ありません。ありがとうございました。

爆発濃度以下の水素と窒素の混合ガスというのは、水素ガスが分離した場合にも、大気中で爆発濃度以下という意図でした。
わかりにくくて申し訳ありません。
同時に使用する窒素の量を考えると、水素は極微量なので、簡単に考えていました。
参考にさせていただきます。

お礼日時:2008/12/16 18:58

両方でしょう。


短期的には均一ですが、
爆発させた場合は、当然重過失で、逮捕でしょうから、
回収ないしは排気を配慮しておくのは当然です。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。
参考にさせていただきます。

お礼日時:2008/12/16 19:35

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Q混合ガスの濃度変化

比重の異なるガスで混合ガスを作成した場合、容器内で軽いものは上部、重いものは下に溜まりませんか。
大量に使用したりしてれば対流などで均一になるかもしれませんが。
分析用の標準混合ガスなど、チョロチョロとしか使用しないものは、保管しておくうちに容器内の濃度分布みたいのが出てこないのかなぁと心配です。

Aベストアンサー

 「混合した目的濃度に正確に均一になるか」と言う意味では、結構時間がかかります。
 ボンベ封入標準ガスを注文すると、どんな組成のものでも納期1ケ月は掛かりますが、この日数の相当部分は均一化のための放置時間です。
 勿論、ガス成分の分子量に差が有るほど、拡散均一所要時間は長くなります。

>分析用の標準混合ガスなど、チョロチョロとしか使用しないものは、保管しておくうちに容器内の濃度分布みたいのが出てこないのかなぁと心配です。
 →これが無い様に、メーカーで良く均一になるまで放置(温度も35℃とか掛ける場合もあるらしい)します。
 使っているうちに濃度分布が出ると言う事では、ボンベ残圧が少なくなると、組成が変化するものもあります。
 余り最後まで使い切らないのが、ポイントです。 

Q空気が成分で分離しないのはなぜ?

40代文系主婦です。中学生くらいからの疑問です。いつか誰かに聞こうと思って今日まで来ました。

空気はいろいろな成分(酸素や窒素など)でできていて、それぞれに重さがありますよね。

屋外では風などでかきまわされていますが、個室ではなぜ分離しないのでしょうか?

朝起きたら、部屋の酸素が下のほうにたまっていたなんてことはないですよね。それとも厳密には酸素濃度が濃い部分と薄い部分があるのでしょうか?

Aベストアンサー

■理系向けの回答

仮定1:空気は理想気体の状態方程式 PV=nRT に従う。
仮定2:高さ h における成分 i の単位物質量あたりの位置エネルギーは m[i]gh で与えられる。ただし、g は重力加速度、m[i]は成分 i のモル質量である。
仮定3:部屋は完全に密閉されていて、平衡状態にある。
仮定4:h ≪ RT/m[i]g

上の四つの仮定のもとで、高さ h における成分 i の分圧 P[i,h] は

 P[i,h] = P[i,0] exp(-m[i]gh/RT) ≒ P[i,0] (1 - m[i]gh/RT)

で与えられる。

高さ h における成分 i のモル分率は、分圧 P[i,h] と分圧の和 ΣP[j,h] から

 x[i,h] = P[i,h]/ΣP[j,h]

と求めることができるから、与式より

 x[i,h] = (P[i,0]/ΣP[j,0]) (1 - m[i]gh/RT)/(1-Σx[j,0]m[j]gh/RT)
     ≒ x[i,0] (1 + (Σx[j,0]m[j]-m[i])gh/RT)
     = x[i,0] (1 + (m[air,0]-m[i])gh/RT)

と計算できる。ただし、m[air,0] は高さ h=0 における空気のモル質量である。

上の式に

 m[air,0]=0.029kg/mol
 m[i]=m[O2]=0.032kg/mol
 g=9.8m/s2
 RT=2500J/mol

を代入すると、h ≪ RT/m[i]g ~ RT/m[air,0]g を満たす任意の h における酸素の平衡濃度が、基準点 h=0 における酸素の平衡濃度とどれくらい違うのかを計算する式が得られる。


■40代文系女子向けの回答

> 厳密には酸素濃度が濃い部分と薄い部分があるのでしょうか?

部屋を密閉して、壁の温度を一定に保って、それから気の遠くなるほど時間が経つと、理論上は、天井よりも床の方が酸素濃度が濃くなります。私の計算が間違っていなかったら、酸素濃度の違いは次の式で求められます。

 天井の酸素濃度=床の酸素濃度×(1-0.000012×床から天井までのメートル数)

例えば部屋の高さが3メートルだったなら床の酸素濃度は天井の酸素濃度よりも1.000036倍だけ大きくなることが、理論的には予想されます。

> 屋外では風などでかきまわされていますが、個室ではなぜ分離しないのでしょうか?

部屋の空気を一度かきまわして室内の酸素濃度を均一にしたとしましょう。いったん均一になったあとでは、どれだけ静かにして待ってもほとんど分離しません。最大でも1.000036倍です。

> 朝起きたら、部屋の酸素が下のほうにたまっていたなんてことはないですよね。

はい。ないです。最大でも1.000036倍しか大きくならない、ということは、昼間に部屋の酸素濃度が均一だったなら一晩で酸素が部屋の下のほうにたまることって事実上ありえない、ということです。かき混ぜたってかき混ぜなくたって下にはたまらないのですから、かき混ぜの有無は関係ない、と結論できます。

> 空気はいろいろな成分(酸素や窒素など)でできていて、それぞれに重さがありますよね。

はい。重い成分が下にたまる、という考えは間違いではないのですが、
 (1) 酸素や窒素の分子のひとつひとつはとても小さくて軽い
 (2) 空気中の分子が熱運動している
ために、濃度の差は測れないほど小さくなります。測れないほど小さい、ということは、重い成分でも下にはたまらない、ということです。


■もう少し詳しい回答

(1) 酸素や窒素の分子のひとつひとつはとても小さくて軽い、それならもっと重い二酸化炭素CO2ではどうなるか?

さほど変わりません。1.000036倍が1.0002倍くらいには変わりますけど。

(2) 空気中の分子が熱運動している、それなら空気が液化しそうなほど部屋の温度を下げたらどうなるか?

さほど変わりません。1.000036倍が1.0002倍くらいには変わりますけど。

(3) じゃあ、理科の時間に上方置換とか下方置換とか習ったけど、あれはなんだったの?

あれは、アンモニアとか塩化水素とかの発生させた気体が空気中に拡散していく速さ(気体が空気と混ざり合う速さ)よりも、もっと速い速度で発生した気体を捕集瓶に送り込んでいるので、瓶に気体を溜めることができます。空気中の酸素の場合とは違って、アンモニアとか塩化水素とかの気体がはじめはひとまとまりになっている、という点がポイントです。

(4) 洞窟や窪みなどに二酸化炭素が溜まるのはなぜ?

いったん空気と混じったあとの二酸化炭素は、(私の計算に間違いがなければ)下には溜まりません。二酸化炭素が低地に溜まるのは、先の下方置換の原理と同じで、どこかで発生した二酸化炭素が空気と混ざり合わずに低いところに流れ込んだためでしょう。

ちなみに#6さんの回答にある、HClとNH3の実験は良く知られた実験ですけども、この実験の結果を「分子の拡散」で説明してはいけない、ということも良く知られています。この実験もまた、気体がひとかたまりで動く例の一つです。
http://ci.nii.ac.jp/naid/110001824837

■理系向けの回答

仮定1:空気は理想気体の状態方程式 PV=nRT に従う。
仮定2:高さ h における成分 i の単位物質量あたりの位置エネルギーは m[i]gh で与えられる。ただし、g は重力加速度、m[i]は成分 i のモル質量である。
仮定3:部屋は完全に密閉されていて、平衡状態にある。
仮定4:h ≪ RT/m[i]g

上の四つの仮定のもとで、高さ h における成分 i の分圧 P[i,h] は

 P[i,h] = P[i,0] exp(-m[i]gh/RT) ≒ P[i,0] (1 - m[i]gh/RT)

で与えられる。

高さ h における成分 i のモル分率は、分圧 P[i,h] ...続きを読む

Q拡散について

初めて質問します。化学の授業で気体分子は熱運動によって拡散していくと学習します。それは納得できるのですが,ではなぜプロパンガスは部屋の下にたまるのでしょう。空気より重いからというのはわかりますが、拡散には気体分子の質量は関係あるのですか。誰か教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

時間の問題です。
時間をかければ、均一に混合します。
「浮力」では、「拡散」という「熱力学的性質」の説明は出来ません。

分子量が大きい物質は、平均飛距離が短く、速度も遅いです。
平均速度は、分子量の平方根の逆数に比例します。
http://chem.sci.utsunomiya-u.ac.jp/v2n2/kashida/pdf/chemt202.pdf

「2.2 気体の性質」の「図2.4」を見てください。
H2の平均速度は約1600m/sですが、O2, N2の平均速度は約400m/sです。
プロパンの分子量は44ですから、O2,N2よりもっと遅く、平均飛距離も短く、この両者は
なかなか混合しません。
しかし、時間をかければ混合します。

気体の拡散についての理論、実験はGoogleで検索すればいっぱい出てきますので、ご覧に
なってください。
楽しいですよ。

参考URL:http://chem.sci.utsunomiya-u.ac.jp/v2n2/kashida/pdf/chemt202.pdf

Q水素ガスの爆発限界

空気中における水素ガスの爆発限界が、およそ4%~75%というのは、いろいろな書物などに載っているのですが、通常よりも酸素が少ない状態だと、この数値は変わるのでしょうか?  たとえば酸素が1%程度(残りは窒素)しか含まれない場合は、この数値はどのように変わるのでしょうか?  よろしくお願いします。

Aベストアンサー

三成分系になるので変わります。
ただ酸素1%程度で残り窒素をキープできるのであれば、爆発限界の枠外になりますので、爆発するとは思えません。
とはいえ、酸素の濃度を保証できないのならば勿論実験するのはお勧めできませんが....

Qヘリウムガスの比重

ヘリウムガスのバルーンを作って、「20kgの浮力」を得るのに必要な、
気球(バルーン)の体積、(ヘリウムの量)を教えて欲しいです。

お願いします。

Aベストアンサー

回答書こうとしたら,もう dragon-2 さんの回答が出ていました.
蛇足の補足ですが....

私の回答も dragon-2 さんと基本的に同じです.
空気は 0℃,1気圧,1 [m^3]で 1.293 [kg],
ヘリウムの方は 0.178 [kg] です.
15℃ にしますと,273/(15+273) をかけまして
空気は 1.226 [kg],ヘリウムは 0.169 [kg].
したがって, 1 [m^3] あたり,1.226-0.169≒1.06 [kg]
の浮力が得られます.

もし水素なら重さはヘリウムの半分ですから,
同様の計算で浮力は 1.2 [kg] ほどになります.
ドカンという心配があるので水素の気球はおすすめできませんが...
昔,飛行船ヒンデンブルク号炎上の悲劇というのがありました.

さて, 20 [kg]の浮力には
20÷1.06=18.9 [m^3] の体積のヘリウムが必要です
(この値は 15℃,1気圧です).
重さにして 18.9×0.169≒3.2 [kg] ですね.

あと,ヘリウム入りバルーンで何かを浮かそうというのでしたら,
バルーン自体の重さもお忘れなく.
ヘリウムは1原子分子で大きさが小さいので,
薄いゴムなどでは通り抜けて逃げていってしまいます.
商店街で配っていたり縁日で売っていたりするヘリウム入りのゴム風船,
1日経つとずいぶんしぼんじゃいますね.
あれはヘリウムが逃げてしまうからです.
ヘリウムが逃げないためにはかなり厚いゴムが必要で,
当然重さもそれなりに重くなります.

回答書こうとしたら,もう dragon-2 さんの回答が出ていました.
蛇足の補足ですが....

私の回答も dragon-2 さんと基本的に同じです.
空気は 0℃,1気圧,1 [m^3]で 1.293 [kg],
ヘリウムの方は 0.178 [kg] です.
15℃ にしますと,273/(15+273) をかけまして
空気は 1.226 [kg],ヘリウムは 0.169 [kg].
したがって, 1 [m^3] あたり,1.226-0.169≒1.06 [kg]
の浮力が得られます.

もし水素なら重さはヘリウムの半分ですから,
同様の計算で浮力は 1.2 [kg] ほどになります.
ドカンという心...続きを読む

Q質量パーセントと重量パーセント

質量パーセントと重量パーセントの単位はそれぞれ違うのでしょうか?
mass% wt%というのがありますが、それでしょうか?
また、このmass%とwt%の違いも教えていただけませんか?

Aベストアンサー

質量パーセント濃度と重量パーセント濃度は同じで、mass%とwt%も同じことを表わします。
でも、混ぜて使ってはいけません。
「質量」とmass%を使うほうが望ましいと思います。

Q連続ガス置換の式

容積V[L]の配管に、濃度X0のガスAが入っています。
ここに、流量Q[L/min]でガスBを流し入れたとき(流したガスは、出口から抜けていく)、時間t[min]後のガスAの残留濃度Xが
X=X0・e^(-Qt/V)
で表されるそうなのです。
実際に、V, Qを決めてtの値を代入していき t vs X のグラフを描いてみたところ、tが0のときXが1で、tの増加とともにXが0への漸近線で減少していく形になりました。
すなわち、上式は連続ガス置換の式として正しいことが確認できました。

昔は、こんな対数式も簡単に理解できたはずなのですが、なぜこのような式になるのか、理解できません。
昔の知識を総動員して、以下のように式をいじってみましたが、「・・・だから、何?」という感じです。

X=X0・e^(-Qt/V)
両辺の対数を取って
log_e(X)=log_e{X0・e^(-Qt/V)}
    =log_e(X0)+log_e{e^(-Qt/V)}
    =log_e(X0)-Qt/V
Qt/V=log_e(X0)-log_e(X)
    =log_e(X0/X)

・・・ここまでいじくり回して、ギブアップしました。

なぜ、連続ガス置換の式が X=X0・e^(-Qt/V) になるのか、教えて下さい。

容積V[L]の配管に、濃度X0のガスAが入っています。
ここに、流量Q[L/min]でガスBを流し入れたとき(流したガスは、出口から抜けていく)、時間t[min]後のガスAの残留濃度Xが
X=X0・e^(-Qt/V)
で表されるそうなのです。
実際に、V, Qを決めてtの値を代入していき t vs X のグラフを描いてみたところ、tが0のときXが1で、tの増加とともにXが0への漸近線で減少していく形になりました。
すなわち、上式は連続ガス置換の式として正しいことが確認できました。

昔は、こんな対数式も簡単に理解できたはずなのですが、...続きを読む

Aベストアンサー

A の濃度が X のとき、配管内の A の量は X V。時間 dt の間に注入される B の量は Q dt で、これと置き換わる A の量は X V × (Q dt/V) = X Q dt。よって、
d(X V) = - X Q dt。
これから
dX/X = -(Q/V)dt。
積分すると
ln X = -(Q/V)t + c、
X = d e^{(-Q/V)t}。
ここで c と d は積分定数。
初期条件
t = 0 で X = X0
より
d = X0。
よって、
X = X0 e^{(-Q/V)t}
となります。

Q窒素ガスの圧縮係数について教えて下さい。

窒素ガスの圧縮係数について教えて下さい。

窒素の圧縮係数について記載されているサイトを教えて下さい。
よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

超高圧のようですね。

であれば、こちらの資料の方が良いように思います。

http://home.n08.itscom.net/iwatasue/lecture_note/chapt2.pdf

詳しくは説明できません。


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