どうして試験管が割れるのですか

炭酸水素ナトリウムを入れ、加熱して生じた気体を石灰水に通じた。また、試験管の管口付近の液体を硫酸銅(II)無水塩につけた。

この実験で「試験管口を水平から少し水に下げないと、液体になった水が熱せられた試験管の底の方に移動し、試験管が割れる恐れがある。」と書かれているのですが、どうして水が底の方へ移動すると試験管が割れるのですか？

No.2 ベストアンサー 回答者： okormazd 回答日時： 2012/12/25 13:42

炭酸水素ナトリウムNaHCO3は、270℃以上で熱分解して、NaCO3、CO2、H2Oを生じます。

2NaHCO3→NaCO3+CO2+H2O

質問の実験では、できたH2O(水蒸気)は、試験管の口付近で冷やされて水滴になります。その温度は100℃以下です。
試験管の底付近の270℃以上のところに100℃以下の水が垂れて行ってつくのだから、急冷されてその部分のガラスが収縮します。他の部分のガラスは、この収縮についていけないし、ガラスは硬くて曲がって対応することができません。それで収縮しようとする力と伸びたままでいようとする力に、ガラスの強度が耐えられなくなって、ガラスが壊れます。

短い木の棒と長い木の棒を同じ長さにしようとすれば、短いほうがちぎれるか、長いほうが折れるか、両方壊れるかです。どうなるかはどちらが丈夫かによります。それと同じです。

No.3 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2012/12/25 18:38

　子供の頃、牛乳瓶を暖めようと熱湯につけて割ってしまったり、冷たいコップに熱湯を注いで割ってしまったり・・・の経験がないのでしょうね。

　化学実験用の試験管に使われているガラスは「ホウ珪酸ガラス」と呼ばれる耐熱ガラスで、一般の「ソーダライムガラス」よりは熱膨張係数が少なく、温度変化で割れにくいのですが、それでも数百度に加熱されたところに、液体の水が垂れると割れてしまいます。
　水はその構造上、極めて気化熱が大きいためガラスを局所的に冷やしてしまいます。

　もちろん一本数千円する石英ガラスの試験管でしたらその程度では割れないでしょうが・・

熱膨張係数
ソーダライムガラス　90×10⁻⁷
ホウ珪酸ガラス　　　33×10⁻⁷
石英ガラス　　　　　　6×10⁻⁷

No.1 回答者： nezusuke 回答日時： 2012/12/25 11:57

試験管はガラスです。

ガラスは熱伝導が悪いので、高温状態で水滴のような比熱・潜熱（蒸発熱）の大きな物質が触れると、ひずみを起こして割れることがあります。
擦り傷のある試験管は特に注意が必要です。