DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

実は液体の二酸化炭素は存在する 1気圧だと存在できないだけで...

今日の話は二酸化炭素について話したいと思います。

二酸化炭素は地球温暖化の原因となっている物質の1つであり、炭化水素を発生したら必ず生成するぐらいできやすい物質です。

それは二酸化炭素が安定な物質だからであり、逆に言うと二酸化炭素から別の物質に変化することは非常に困難です。

そして、今回はこの二酸化炭素について書いていきたいと思います、

 

1. 二酸化炭素とは?

二酸化炭素はご存知の通り、炭素が1つと酸素が2つ結合した物質(CO2)であり、炭化水素の燃焼、呼吸、炭を燃やす等様々な方法で発生します。

また、分子の形は水と異なり直線状であり、酸素と炭素が二重結合をした形態をとっています。

更に炭酸飲料など炭酸という言葉をよく聞くが炭酸とは二酸化炭素と水が反応してできるオキソ酸(酸素を含む酸のこと)であり、二酸化炭素を水に溶かすと生成するため二酸化炭素が溶けた水溶液のことを炭酸水と言います。

炭酸飲料を振ると勢いよく飛び出すのは水から二酸化炭素が出てきてしまい、体積が一気に膨張し、蓋を開けると気体と化した二酸化炭素が一気に解放されるからです。

あと、温度を上げても飛びやすくなり、この理由は二酸化炭素に限らず温度を上げると気体が外に飛びやすくなる、つまり溶解度が低下するために勢いよく振った状態と同じになるからです。

このようなこともあって炭酸飲料の保存法は振らないかつ低温にすることです。

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二酸化炭素は普段は気体だが温度をマイナス78.5℃まで下げると液体の状態を通らずに一気に固体になる昇華という現象が発生します。

この時の固体のことをドライアイス(dry ice)と呼び、非常に有名で保冷材などに用いられます。

ドライアイスと言う名前の由来は乾燥した氷という意味であり(まあ、当たり前か)、氷(二酸化炭素だが)にもかかわらず濡れないことよりこのような名称となっています。

まあ、濡れない理由は水ではなく二酸化炭素であり、更に常圧下では二酸化炭素は液体にならずに固体から気体になってしまうからです。

ちなみにドライアイスを入れた袋を持っていると袋の外側が濡れていきますがあれはドライアイスではなく空気中にある水蒸気がドライアイスによって冷却され、水に凝縮するからです。

 

ここまで書くと常圧下では二酸化炭素は液体にならないと書きましたが裏を返すと圧力をいじれば二酸化炭素も液体になるということです。

 

 

 

2. 圧力をかければ二酸化炭素も液体に?

水が0℃で氷になる、100℃で水蒸気になるという話はあくまで常圧下(101,300 Pa)での話であり、圧力が変化したらこの温度は変わっていきます。

結構前の記事でも書いたが圧力が低い富士山頂やもっと低いエベレスト山頂では水は100℃を下回る温度で沸騰し、エベレスト山頂のほうがより低い温度で沸騰します。

逆に圧力を異常にかけると灼熱の氷さえも作ることができます。

まあ、この氷は極限状態下なので普通の氷とは異なる構造をしていますが...

 

そして、この圧力による影響は全物質に言えることであり、融点や沸点は圧力・温度の2点によって制御されています。

二酸化炭素は101,300 Paではマイナス78.5℃で昇華するが圧力をかけていくとこの温度も変わっていき、5.2気圧という比較的低い圧力で液体になることが可能となります。

この時の温度はマイナス56.6℃であり、この圧力ではこの温度でしか液体になれないが圧力を上げていくと液体でいられる範囲が広くなり、73気圧になると31度まで液体として存在ができます。

しかし、これ以上圧力を増やすと31℃以上では超臨界状態という液体と気体の区別がつかない状態となってしまいます。

どのような状態かは想像もつきませんが...

 

 

要するに二酸化炭素が液体にならない理由は圧力が低いだけであり、圧力を大気圧の5.2倍以上とそこまで高くない状態にするだけで液体になることが可能となります。この圧力だと普通に理科室の器具で作ることが可能となっております。