空気中の酸素は何故見えない？

質問

子供から以下のような質問を受けました。
「どうして空気中の酸素や窒素は見えないの？」
「そりゃあ、すごく小さいからだろう。」
「すごく小さいといっても、空気中にはもういっぱああいあるわけでしょう。どんなに小さくても沢山集まれば見えてもいいと思うけど。」
「・・・・・・」
この質問にはどう答えたらいいのでしょうか？

回答No.10

134 · ベストアンサー

>青いものが何故青く見えるのか、という点について別にご質問をさせてください。

　この質問につきましては　ちょっと悩みました。
というのも、子供の頃読んだ本の中に「青く見えるものは、青い光を反射し、ほかの色は吸収する」とあったのを覚えていて、でも、光はエネルギーとするなら、「吸収」された光は、その物質に影響を与えてしまうなぁと、ふと考えたからです。

　「反射」「吸収」という言葉を、曖昧にとらえていないかと考えたりも…

ま、前置きはこれくらいにして…

　「光」は光速で進んでいます。
空気と水のある空間にレーザーを照射すると、屈折光と反射光に分離します。

「もの」に光が当たったときも、光は同じ運動をすると思われます。
即ち、光の成分として分離することなく、反射または、通過してしまう。

　ただ、分子は、固体、液体、気体の区別なく　いろいろな運動をしています。（原子レベルの回転・収縮・振動、電子の運動、分子の運動　などなど）

　運動するためには、外界からエネルギーを加えられなければなりませんが、このエネルギーが「光」となります。

　物質により、どのエネルギーでどの運動を起こすか決まっています。
逆に言えば、物質により、特定のエネルギーの光が選別されてしまうことになります。
　選別されてしまった光は、ほかの光と違った動きをしたり、強度が変わったりします。

　ちょうどこれは、バネを押したとき（エネルギーを与える）、バネは縮み、バネを離す（エネルギーが解放）と、バネが復元（当時にものをはじき飛ばすエネルギーを出す）と似た現象だとおもいます。もっとも、この場合、バネ定数以上の加重が加えられるとエネルギーとして蓄積されるのに対し、物質の場合、固有波長のみが、必要とされるという部分は、異なるわけですが。

　この光が目に届き、可視領域の光が「色」として認識されると、考えられます。

物質にぶつかって、特定の波長が選別され、散乱すると、その色に、
物質にぶつかって、すべての波長が選別され、散乱すると「白」に、
すべての色が、選別されず、反射すると「黒」（散乱しないから、光が目に届かない）に、
すべての色が、選別されず、透過すると「透明」に、

見えることになるかと思います。

回答No.11

DASS

お子さんが何歳なのかわかりませんが、「空気が見えたら邪魔だから」ではいかがでしょう？
窒素も酸素も、全ての波長域を素通しするわけではありません。吸収する波長域もあれば、反射する波長域もあります。
偶然か故意にかはわかりませんが、人間の目が窒素も酸素も素通しする波長域を選んだのでしょうね。
もし、窒素が吸収する波長域の目を持った生物がいたとしても、真っ暗闇で何も見えないのではないかと思います。
光にあふれている東京ならいざ知らず、太陽光しかないような大昔では、窒素に吸収されて地表に届く光はありませんでしょうから。
そうなると、大昔はいろいろな波長域の目を持った生き物が出現したが、結局生き残れなかったのではないかとも思えてきます。進化論に近い話になってしまいましたね。

透明なガラスが透明な空気中で見えるのは、屈折のおかげです。屈折のおかげで、反対方向から来る光が素通しにならないので、人間は、そこに物があることを認識します。
本当に空気と同じ屈折率の透明物体は、空気中では見つけることができないでしょうね。
やはり、下にも書かれているように、空気を見るのは、屈折率が違う水の中に泡として入れることが一番と思います。

回答No.9

motsuan

スペクトラムは日本語としておかしいようですね。追記して墓穴をほってますね。
ごめんなさい。
（スペクトラムアナライザーの場合しかスペクトラムという
　表記をしないようです。おなじ、spectrumなんですけどね）

液体と期待の場合の色ですが、分子間力により液化している場合は
可視光ぐらいエネルギーが高いと吸収スペクトルはほとんど
分子間での光の吸収というよりは分子内での光の吸収になると思うのですが
いかがでしょうか？
（塩素や臭素よりも酸素の場合は色が薄いということですかね）

お礼

ありがとうございます。
これは僕には難しくてよく理解できません。申し訳ありません。もっと勉強します。

回答No.8

kajuram

> 液体にするときれいなブルーなので、

液体や固体に色が付いているからと言って、気体の酸素も青色で
あると考えるのは危険でしょう。
同じ物質でも、通常、気体、液体、固体の色は異なりますからね。

>　１立方メートルの箱の中に４センチの分子が２５個ある程度の密度

これも、だから見えないと言う答えにはならないでしょうね。
なぜなら、色の付いている気体（塩素や臭素）があるからです。

>　分子の吸収スペクトラム

スペクトラム？？
スペクトルと同じですか？
これは、関係しているでしょう。

>　一般的な状態では、空気は、均一で、すべての光の成分を、等しく透過させます。

これと関連していますね。

お礼

ありがとうございます。
塩素や臭素が見える、という点は見落としていました。密度が低いから見えない、という理論はこれで論破されましたね。分子の数から言えば酸素より臭素（見える状態でも）などの方が少ないですよね。
やはりご指摘の「すべての光を透過」という点でしょうか？

回答No.7

motsuan

Hiramatuさんの回答を見てなるほど納得してしまいました。
酸素は青なんですね。

窒素が透明なので勘違いしていました。
ということで、No.3の回答（？）は
「分子の吸収スペクトラムと気体状態での散乱断面積を
　見てもらうしかないですね。」
と修正しないといけないんですね。

勉強になりました（再び失礼しました）。

回答No.6

kohji

「すごく小さいといっても、空気中にはもういっぱああいあるわけでしょう。どんなに小さくても沢山集まれば見えてもいいと思うけど。」
「たくさん集まってないからさ。たくさん集めると見えるようになるんだよ。」

こんなんでどうですか？

お礼

ありがとうございました。
どの程度集めると見えるようになるのでしょうか？

回答No.5

noname#4643

単純に、小さくてスカスカだから見えないのかなと思います。
酸素自体は、液体にするときれいなブルーなので、色がないわけではないような気もしますし。違うのかなぁ。

ちなみに、酸素や窒素の分子は１億倍にしても直径４センチ程度。密度はというと、１立方メートルの箱の中に４センチの分子が２５個ある程度の密度です。ほとんどは、何にもない空っぽの部分です。

お礼

ありがとうございました。
僕も質問した後で計算してみようと思いました。
原子の大きさが約8から10オングストローム。これが6×10の23乗個（アボガドロ数）集まると1気圧で22.4リットルになる。これから逆算してどの程度詰まっているのか、という計算ですよね。
Hiramatuさんの計算で1立米に4センチの分子が25個なら見えてもいいような気がするなあ、、、

回答No.4

134

kajuramさんのかかれているとおり、ものを見るためには、「光」が必要です。

　光（厳密には「可視光」という見える光）の成分すべてが、あると無色、青色成分なら青、赤と緑が混じると黄色などに見えます。

　一般的な状態では、空気は、均一で、すべての光の成分を、等しく透過させます。（厳密には、赤外線吸収とかもありますが）
同じように水も光を透過させますが、空気中に細かな水滴を分散させると、波長によって微妙な屈折（曲がること）が起こり、虹ができます。
（波長の違いは「色」として認識されます）

　多くの固体では、光の吸収や反射が起こり、反射された光が色として認識されます。

　なので、プラスチックやダイヤモンドなども固体ですが、透明に見えます。

　即ち、そのものが、光（特に可視光）の吸収や反射の有無が、そのものの色となります。

　空気を通過した光が、水を経由すると、光は曲がりますが、これは、numa00さんのお書きの通り密度によるもので、空気の密度により曲がる現象として、「逃げ水」や「蜃気楼」などがあります。また、虫眼鏡なども身近な例です。

　また、宇宙から大気圏に光が入るときにも、この現象は見られ、エネルギーの高い青系成分は遠くに届き、昼間の空の色に、エネルギーの低い赤系成分は分散して、朝焼けや夕焼けとして確認できることになります。
　もっとも、紫外線などはより複雑なメカニズムとなりますが…

お礼

ありがとうございました。
青いものが何故青く見えるのか、という点について別にご質問をさせてください。

回答No.3

motsuan

私なら、ガラスが見えないのと同じこと！説明するかも。
（酸素分子や窒素分子は透明な物質なんだよ！といういみですね）
（跳ね返されたり、散乱されないものは見えない・・・って、
　光がこないんだから当たり前です。）
でも説明が難しいので、納得はしてもらえないけど
有名な（？）理科の実験でごまかします。

本当にガラスは見えないかというと、
屈折率がちょっと空気と違うので見えるような気が
するのが普通だと思います。
そこで、本当に透明になることを実験で見てみます。

大きいビーカーと小さいビーカーを用意して、
小さいほうを大きいほうに入れます。
最初は大きいビーカーの中に
小さいビーカーがあるように確かに見えるのですが
これに、サラダオイルを注ぐと、あら不思議！！
ビーカーが見えなくなってしまいます。
色のついていないビー玉や砕いたガラスでも
同じだと思いますのでお試しください。
理由はガラスと油の屈折率が近いために、
光が屈折・散乱されないためです。
（以上、光が突き抜けてしまう
　＝透明ということはどういうことか、
　という実験でした。）
そこで一言、
酸素分子や窒素分子は透明な物質なんだよ！
透明な同じような物質が続くと、境目がみえないんだよ。
（この逆は、水の中の空気ですね、水の中のの泡はみえるでしょ！）
（実は透明だから見えないといっているだけなんですが、
　感動して質問を忘れてくれることを期待します。
　酸素分子や窒素分子がどうして透明かしつこい場合には
　もう、光の吸収スペクトラムを見てもらうしかないですね。
　うそです。）

失礼しました。

お礼

ありがとうございました。
前の回答のお礼にも書きましたが、やはり「透明であること」と「見える、見えない」とは別次元のことに思えて仕方ありません。

回答No.2

kajuram

子供の純粋な疑問にはいつも驚かされますね。
まず、１つ１つの分子が見えないのは小さいからです。
これは、鉄焼きなども分子や原子からできているがそのつぶつぶが
見えないことと同じです。
では、なぜ空気（酸素や窒素の集まり）は鉄のかたまりなどとは違って
見えないのでしょう。

まず、ごまかしたような説明です。
物体の形が見えるのは、境目があるからです。
異なる環境が接しているからです。
だから、水中では空気の固まりは泡として見えますね。
周りと区別できるから見えると認識できるのです。

では、空気の中に鉄のかたまりがある場合、なぜ人は鉄が見えていると
思うのでしょうか？
それは、人の目の機能ですね。
可視光のすべての波長が目に入ったとき、人は透明であると感じます。
空気の分子は、通常、すべての光を等方的にうまく散乱します。
よって、空気の固まりに散乱された太陽光はすべての可視光波長を含みます。
しかし、鉄などは吸収してしまう波長があるために、選ばれた波長の可視光
のみが反射され、人の目に入ります。
これは色が付いて見えるのです。
だから、人は鉄の方が見えているというのです。

後半は難しくなってしまいましたかね？？
この辺の説明は難しいですね。
誰か、うまく説明できないでしょうか？？

お礼

ありがとうございました。
物体の形が見えるのは境目があるからだ、というご指摘はなるほど、と思いました。
透明であることと見える、見えないとは別次元の問題だと思うのですが、、、、
ガラスのコップは透明だが見えます。空気が見えないのは透明とは関係ないと思うけど？？？
色の識別についても疑問があるのでこれは別の質問にしてご意見お聞きします。

回答No.1

numa00

まずはあまり混み合っていない遊園地に行って、子供さんと高い観覧車に乗るのがよろしいかと思います。しかる後に地上を見ながら、「ほら人間はたくさんいたけど、ここからじゃ見えないだろう。たくさんいてもぎっしり集まっていないと、見えなくなってしまうのだよ」と言ってみてはいかがでしょうか。
　要するに、酸素が見えないのは密度が低いからだと思うのですが....。

　こんなんで役に立ちますか？

お礼

ありがとうございました。
でもこの説明だと子供が以下のように反論しそうです。
「でもポンプでギュウギュウに空気を詰めても見えないよ」と
密度が低いから見えないのであれば、密度をどの程度の上げたら見えるようになるのでしょうか？