気体が水に溶けるって

気体が水に溶ける、という現象が定性的に理解できません。

例えば、炭酸飲料なんかは開封前は高圧状態で「二酸化炭素が水に溶けている」状態なんですよね？この場合、二酸化炭素分子は分子のまま水分子に取り囲まれているのでしょうか？それとも、CとかOとかに分離した状態で水分子に取り囲まれているのでしょうか？取り囲まれているものは、気体のままですか？それとも、高圧のため液体になっているのでしょうか？

今例に出したのは二酸化炭素ですが、溶解度の違いによって水の中ではいろいろな状態になっているんでしょうか？考えれば考えるほどわかりません。化学ってなんでこんなに複雑なんでしょうか。

No.6 回答者： むらさめ 回答日時： 2016/07/03 23:35

＞気体のままだけど、水分子に取り囲まれているので気体としてはふるまえないんですね

正確に表現すると、水中での二酸化炭素は、気体の分子と同じ分子であるけれど、水中では水分子に取り囲まれて気体としては振る舞えない。

もっと厳密に言うと
水に溶けた一部の二酸化炭素分子は、水と反応して炭酸H2CO3となっていますが、その反応は2段階になっていて難しい反応です。

炭酸はありふれた酸ではあるのですが、説明するには難しい理論が必要であったりして、貴方の質問は実は非常に難しい質問なのです。

さらに、水は特別な液体で、気体でも塩のような電解質でも溶かす性質があるのですが、
水分子の性質(分子の中での電気の偏り)があって、それらを組み合わせて、気体の溶け方や電解質の溶け方を議論しなければならないのです。
かなり専門的な分野になるので、そうなるのだと取り敢えず覚えておいて、大学で専門の授業を受けるようになったら疑問の本質的な部分が少しづつ見えてくると思います。

この回答へのお礼

再度ありがとうございます。

水分子は極性分子なので、極性を持つものがよく溶けると参考書に書いてありました。
とにかく、水は特別なのですね。そういえば、水だけ固体より液体の方が体積が小さくなるんですよね。（まだ知識が足りないので、他にもあるかもしれませんが）
とても難しそうですが、とりあえずは理解しましたので閉め切ります。

お礼日時：2016/07/04 07:24

No.5 回答者： yhr2 回答日時： 2016/07/03 17:00

砂糖や塩といった「固体」が水に解けるのは不思議ではないのですか？

この回答へのお礼

こんにちは。ご回答（？）ありがとうございます。

固体が水に溶けるのは、イメージしやすいです。例えばNaClだと、固体を構成する原子がばらばらのイオンになって水分子に取り囲まれているんですよね。一方、質問の例のCO2だと、一つずつの分子が水分子に取り囲まれるのか、分子がさらに原子に分かれて水分子に取り囲まれるのかで、わからなくなったのです。（他のご回答者様により、その疑問は晴れましたが）

お礼日時：2016/07/03 22:47

No.4 回答者： doc_somday 回答日時： 2016/07/03 16:55

>化学ってなんでこんなに複雑なんでしょうか。

あなたが自分で勝手に複雑にしているだけだ。
二酸化炭素と水なら、ＣＯ2、(ＨＯー)2Ｃ=Ｏしかない。
>水の中ではいろいろな状態になっているんでしょうか？
なって居るけど、それは溶解度のせいでは無くその化学種の性質だ。解離しない物理的溶解、幾種類もあり得る化学的溶解、その和が溶解度を構成している。

この回答へのお礼

こんにちは。ご回答ありがとうございます。

(HO-)2C=Oとは、二酸化炭素と水の結合を構造式で表したもんでしょうか。初めてみました。ありがとうございます。
いろいろな状態になっているのは、溶解度のせいではなく、化学種の性質なんですか。化学種とは、元素のことですか？
物理だと元素の別なく、電子、陽子、中性子だけですむのに、と思ったので化学は複雑と書きました。

お礼日時：2016/07/03 22:42

No.3 ベストアンサー 回答者： むらさめ 回答日時： 2016/07/03 09:52

二酸化炭素や酸素は水に溶けますよね。

これはそんなものだと取り敢えず理解するしかないと思います。
二酸化炭素分子や酸素は分子のまま水分子に取り囲まれていると考えて良いです。
取り囲まれ方が面倒で難しい理論がありますが…。

＞取り囲まれているものは、気体のままですか？
気体の分子が水の分子に取り囲まれているので、見た目は気体のように振舞うことはできません。

＞高圧のため液体になっているのでしょうか
高圧というのも違います。二酸化炭素などは溶かすために高圧にするとことはあります。

溶解度の違いによって水中に溶けている酸素の濃度が変化したりして鉄の腐食が変わったりします。
高校の化学ではあまり深く教えないのですが、水分子は他と違う性質を持っていたりする影響があったり、
高校では習わない化学の熱力学等の理屈で説明したりする分野ですね。

この回答へのお礼

こんにちは。ご回答ありがとうございます。

まず、二酸化炭素や酸素は分子のままであることをお答えくださってありがとうございます。
気体のままだけど、水分子に取り囲まれているので気体としてはふるまえないんですね。
いろいろ難しそうですが、何となくイメージがつかめてきました。

お礼日時：2016/07/03 22:36

No.2 回答者： trajaa 回答日時： 2016/07/03 09:12

>CとかOとかに分離した状態で水分子に取り囲まれているのでしょうか？

んなぁことはない
もしそうだとしたら、溶け込んだCやOが炭酸のシュワシュワになる為には、結合しなければならないのだが
その反応の為のエネルギーはどこから？

>それとも、高圧のため液体になっているのでしょうか？
液化させるためには20気圧以上の高圧が必要
炭酸飲料などは、2気圧や3気圧程度


>炭酸飲料なんかは開封前は高圧状態で「二酸化炭素が水に溶けている」状態
高圧と行っても数気圧もない程度

この回答へのお礼

こんにちは。ご回答ありがとうございます。

確かに、炭酸のシュワシュワはCやらOになるとできなさそうですね。
液化させるのに必要な気圧はそんなに高いんですね。ということは、気体のCO2がそのまま水分子に取り囲まれているのですね。

お礼日時：2016/07/03 22:31

No.1 回答者： oo14 回答日時： 2016/07/03 08:09

たとえば固体水に溶けるとか、水が気体に溶けるというのはわかるわけですよね。

これは化学でなく物理の範疇ですよ。
工学では実用的ないろいろな曲線とか数式が用意されていますし、
それがない場合は作るなどします。

この回答へのお礼

こんにちは。ご回答ありがとうございます。

水が気体に溶けるのは、よくわかりません。
物理の範疇なんですか？今化学の溶解度の勉強を独学していて、よくわからないのです。

お礼日時：2016/07/03 22:28