気体の重さと拡散の関係について

質問

二酸化炭素等の重い気体でも大気中では拡散していて特に地表近くに集まったりすることはないと思います。それなのに理科の実験等では重い気体が下に沈み、軽い水素は上に集まるのは何故なのでしょうか？時間をかけて拡散するのだとすると、その時間は気体の重さと何との関係で決まるのでしょうか？大気中でも高高度程重い二酸化炭素の比率は多少減るのでしょうか？

回答No.2

my3027 · ベストアンサー

言われて見ればそうですね。多分エントロピ(熱力学第二法則)が関係しているのかなと思います。

簡単に言うと、自然はポテンシャルエネルギを小さくかつ確率を最大にする様に作用します。従って思い分子はポテンシャルエネルギを最小とする様、下のほうに下がります。一方重い気体が下で、軽い気体が上と完全に分離するのは確率上非常に低い状態なので、それを避ける為にある程度混合した状態が形成されます。

お礼

ありがとうございます。確かにエントロピーは関係がありそうに思います。大気の場合と理科実験の場合に違いは、系の大きさが関係しているのか、対流の有無が関係するのか、それとも時間だけの問題なのか、エントロピーが関係するのだとすればそれがどのように関わるのか、そのあたりを大雑把に知りたいと思います。

回答No.1

Willyt

ＣＯ2は酸素、窒素より重いので下の方に溜まり易い筈ですよ。重い気体ほど早く下の方に集まるのです。気体は分子運動が激しいので液体のように速やかに重いものが下へ来るというわけではないのです。窒素より酸素の方が重いので酸素も地表近くに溜まる筈なのですが、重さの比が２８：３２と差が小さいのでなかなかそうはならないのです。分子運動の他に風がひっかきまわしますからね。

お礼

有り難うございます。フラスコの中で下に沈んだ二酸化炭素は時間が経てばフラスコ全体にひろがるのでしょうか？又逆に大気中の平均二酸化炭素濃度は高度によって多少は違うものなのでしょうか？どちらも何となく疑問に感じてしまいます。