二酸化炭素が溶けた水の体積について教えてください。

質問

中学１年生の理科で、

二酸化炭素を入れた試験管にフタをして水の張ったタライにその試験管を逆さに入れます。
フタを外すと試験管の水はどうなりますか？

と言った問題がありました。
二酸化炭素は水に溶けるので、試験管の中の水位はあがる、とまではわかるのですが、
溶けた二酸化炭素の分の水の体積はどうなるのか、と娘に質問されて、答えられませんでした。
理科音痴の母娘にもわかるように、ご回答いただけたら幸いです。
よろしくお願いします。

回答No.1

DexMachina · ベストアンサー

> 溶けた二酸化炭素の分の水の体積はどうなるのか

ご質問の文は、2つの意味に解釈できます。
　1)水100mlとエタノール100mlを混ぜると、200mlよりも少なくなる。
　　また、水100mlに砂糖10gを溶かすと、(110mlまではいかないが)100mlよりは大きくなる。
　　これと同じように、二酸化炭素が溶けた場合は、体積はどうなるの?
　2)試験管の中の水位が上がるということは、試験管の中の水が増えたということ。
　　でも、二酸化炭素が溶けただけで、水の量が増えるの?

まず、1についてですが、気体が溶けたときに起こる「水の体積の変化」は非常に小さいので、
無視してしまってかまいません。

次に、2についてですが(多分こちらが質問の真意かと思います)、試験管の中で水位が上昇
した分の水は、たらいから移動したものですので、たらいの水位が若干下がります。
ただ、たらいは試験管に比べて圧倒的に直径が大きいため、目で見ただけではわからない、
ということになります。

例えば、試験管、電気釜、風呂の浴槽にそれぞれコップ1杯の水を注いだとします。
　最も直径の小さい試験管では水があふれる(=試験管の長さ以上に水位が変化)のに対し、
　電気釜ではせいぜい2,3センチの水位上昇にとどまり、
　浴槽では見た目では増えたかどうかもわからない
となると思いますが、それと同じです。

お礼

早速の回答、ありがとうございました。
娘の真意をご理解頂いて、恐縮です。
とても参考になりました。

回答No.3

debukuro

二酸化炭素が水に溶けると水と化合して「炭酸（H2CO3）」になるのです
炭酸から出てきた気体なので二酸化炭素のことを炭酸ガスとも言うのです

お礼

ああ、そうだあ。そうですね！
普段何気なく耳にしている言葉ですが、
言われてみればなるほどと言う感じです。
ありがとうございました！

回答No.2

debukuro

二酸化炭素が溶け込んだ分水の体積は大きくなります
調べたのですが二酸化炭素の液体比重が分からなかったのでどれくらい増えるのかわかりませんでした(*_ _)人ゴメンナサイ
次の実験をしてください
アイスクリームやショートケーキを買ったときにドライアイスを入れてもらいます
ゴム風船、ドライアイスほんの少し、口の細い瓶
瓶の中の水を完全になくしてからドライアイスを入れます
ドライアイスを入れたら瓶の口にゴム風船の口をかぶせます
ゴム風船が膨らみます
膨らんだだけの二酸化炭素が元のドライアイスだったときの体積だけ水の体積が増えるのです
実際には分子の大きさが同じではないので両方を足したほどには増えません

お礼

二酸化炭素の液体比重までお調べくださったんですね。
ありがとうございます。
と言っても、二酸化炭素は気体と思っているのですが、液体になりうるのでしょうか？
それとも、水に溶けた二酸化炭素の比重なのでしょうか？

ドライアイスの件、今度娘と実験してみようと思います。
ご回答、ありがとうございました。