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水に溶けている酸素を追い出す：窒素利用
一浪生・偏差値60強です。 「水に溶け込んでいる酸素ガスを室温で追い出す」 という問題で、回答では、 「洗気びんに酸素ガスが溶けている水を入れ、これに外部より純粋な窒素ガスを通すことで、酸素ガスを追い出すことが出来る」 とあるのですが、何故でしょうか？ 原理が分かりません。 よろしくお願いします！
- coffeebeat
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- kei533
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No1、No2さんのように比較的溶媒(水)に溶けにくいガスに適用できるヘンリーの法則の問題でしょう。 25℃の水1Lに1気圧の窒素は14.3ml(0℃、1気圧換算)酸素は28.3ml溶解します。もし、1気圧の空気は窒素約79%、酸素約21%であり、窒素はその分圧分の約11.3ml、酸素は5.95mlです。(洗気びんでバブリングすれば水蒸気も存在するので、酸素と窒素の分圧は少し下がります) 仮に酸素濃度が1/2になるか、気圧が0.5気圧になれば酸素の溶解量半分になります。純粋な窒素ガスを送り込むと、気泡から窒素が水に差圧分が移動(溶解)し、溶解している酸素は気泡に移動します。その時点の酸素の移動ポテンシャルは水中に残留する酸素量と気泡中の酸素の分圧です。水中の酸素は気泡によって系外に運び出され、次第に窒素の溶解量は14.3mlに近づき(水の蒸発によって水温が変わればこの値も変わります)、酸素はゼロに近づきます。 水中に残留する酸素をppmかppbレベルまで下げるかによって、どれだけ通気せねばならぬかが速度問題です。
お礼
どうもありがとう御座います！！ お礼が遅れ、申し訳ありません。 具体的な数字を挙げていただき、分圧と溶解量について勉強になりました！ もっと勉強せねば、と思います
当然ですが、気体は水面から溶け込みますが、酸素や窒素が溶け込む速度は速くありません。 洗気瓶に窒素を吹き込むと水の中に窒素と接している広い水面が新たに作り出されることになり、そこから大量の窒素が水に溶け込むことになります。その際に、溶けていた酸素分子が水面から出てくるわけですが、ひとたび水面から出てしまうと、圧倒的に量の多い窒素の方が優先的に溶け込むことになりますので、結果的に酸素が追い出されることになります。 要するに、窒素で大量の泡を発生させ、水と窒素ガスの接触面積を増大させることによって、窒素を溶かし込み、酸素を追い出しているわけです。 ひとたび、酸素を追い出せば、窒素の流れを止めても、ヘンリーの法則によって、水溶液中の窒素は保持されることになります。また、仮に、酸素が残っていても、それが溶け込む速度はさほど速くないものと思われます。
お礼
どうもありがとう御座います！！ 気体と液体とが接する面積とあわせて、法則を理解できました！ 覚えておきます！
- Hiroshi_34
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ヘンリーの法則で、理解できます。 窒素を吹き込んでいけば、洗気びんの中の窒素の分圧がだんだん高くなり、酸素の分圧はだんだん低くなります。 よって、「水に溶ける気体の質量はその気体の分圧に比例する」という、ヘンリーの法則より、水に解ける窒素の質量が増え、酸素の質量が減り、長い時間、窒素を吹き込み続ければ、水に溶けている酸素を追い出せます。
お礼
どうもありがとう御座います！！ 法則をしっかりと理解して、応用できるようにしたいと思います！
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どうもありがとう御座います！！ 分圧の件、しっかりと覚えておこうと思います！