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二酸化炭素の重量について。
石灰石（CaCO3)に塩酸(HCl)を加えると、通常は二酸化炭素(CO2)と水(H2O)が出来ますよね。そこで、よく中学校などの教科書に出ている実験の内容なのですが。 大きめのビンの中にHClを入れ、そこにCaCO3の入った試験管を浮かべてビンの蓋をします。それを混ぜ合わせます。 そして、フタを開ける前後の重量を測るとフタを開けた後の方が軽いそうです。理由は、CO2が外にビンの口から出てしまうからだそうです。しかし、ここで、私は疑問が生じてしまいました。 通常、分子の重さを考え、比較する際は分子量（混合物は平均分子量）から考えます。そうしますと、理論的には空気は、約28.8となり、CO2は約44となるはずです。なぜ、CO2がビンの口から出てしまうのかがわかりません。この理論からいくと、ビンの下に溜まってしまい、外には出ないと思うのですが。どなたか、これについて回答を宜しくお願い致します。
- witness
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- 化学
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yum_p さんと toagoo さんだけが正解。他の方々は密栓中での気体発生に伴う昇圧が考慮されていないので不正解です。 この反応は「弱酸の塩＋強酸」の反応なので，塩酸の電離に伴い二酸化炭素が遊離し，気体として発生します。反応は密栓時に行われているので，気体発生によって内圧は上昇します。内部の気体は，開栓時に外に逃げ，この逃げた分だけ重量が減少します。つまり「コカコーラの瓶の栓を開けると開ける前よりも軽くなった。なぜか？」というのと本質は同じ問題です。問題文中の「大きめのビンの中に」のくだりは，気体発生に伴うビンの破裂を暗示していたのですね。 > 理由は、CO2が 外にビンの口から出てしまうからだそうです。 内圧と大気圧の差によって吹き出すため，CO2 が外に出るのです。 以下は蛇足ですが，もし圧力差がないと仮定した場合でも，もし温度が室温程度に高く，ビンの口が広ければ，内部のガスが外に逃げることが可能です。気体分子はそれぞれ運動エネルギーを持っており，そのエネルギーが広く分布しているからです。 witness さんはお酢の匂いを知っていると思いますが，酢酸分子の分子量は 60 です。これだけ重くても，空気中を漂い鼻に到達できるほどの運動エネルギーを持った分子が，相当いるということです。
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- rei00
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ある程度化学の知識はおありのようですので，簡単に済ませます。 CO2 が底に溜まった状態は秩序立った状態（エントロピーが小さい状態）で，エントロピー増大の方向は CO2 ガスが拡散する方向です。 現象はどちらの方向へ進みますか？ ご参考まで。
- toagoo
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私も少し曖昧な点が有りますが お許しを。 質量保存の法則が有りますので、基本的には前後の重さが変わりませんねよね？ 但し炭酸ガスが発生するので、瓶の中は加圧になると思います。？ 完全密閉できれば、ガスは逃げませんが 最悪の場合 瓶が破裂して、 大惨事が起こります。 未反応の塩酸が掛かります！！！ 通常の実験では、瓶の蓋に管を付けて 集気瓶に集めますよね。 ガスが発生すれば、内圧で炭酸ガスを押し出すので 軽くなりますが、 全体の重さを 測ることが出来れば 合うはず？？ 参考までに ドライアイスを密閉容器で 気化させると 容器が破裂します。 イタズラで ポリ瓶にドライアイス入れて 放置して 子供の頃 おどかしたこと有ります。 こんなコメントでは 納得してもらえないかな？
- 0shiete
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空気よりも、CO2の方が重たいから下に溜まるはずなら、 私たちが吐いている息はどんどん地表に溜まっていきます。 もし、そうなら大変ですね。地面を這っている生き物は 即刻死んでしまうのでは？ 自然界では気体が本が積み重なっているようにきっちり 積み重なっているわけではありません。 仕切りをとれば、当然混ざり合います。 CO2は空気に比べ重たいので、ビンの外に出て行きにくいことは 確かだと思いますが。
- yum_p
- ベストアンサー率32% (163/497)
ビンの容積よりも、（１気圧で）十分に多い体積の二酸化炭素が発生すれば、 フタを開ければ、二酸化炭素はビンから出て行くと考えられますが…。 もちろん空気も出て行くと思いますが、 もともとのビンの大きさがそれほど大きくないなら無視できる量だと思います。
- ens77
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witnessさんは化学ができるようなので仮定ミスの指摘だけすれば理解できると思うので簡単に説明します ビンの下に溜まってしまい、外には出ないと思うのですが すべてのCO2が底にたまるわけではありません。確かに濃度は高いですが100％ではないわけでふた付近にもCO2は存在するため、ふた付近のCO2が出ることで軽くなります
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