水から気体？

質問

面白く、不思議な現象が起きましたので解る方教えてください。

注射器（シリンジ）を湯船の中に入れます。
ピストンを押し込んだ状態にします。（ハリを着ける所も空気はない状態）この時には気体はどこにもありません。
おもいっきりピストンを引くと、中に真空状態？ができて、先端から容器の中に勢いよくお湯が入ってきます。
入り終わると中に気体が僅かに入っています。

この気体は何で、どうしてできるのでしょうか？
水でもやってみましたが同じ結果でした。

回答No.13

zairyouya

気体はどこにもありません。というのがいまいちよく分かりません。本当に真空状態がつくれているのかなと思います。どうも家庭内での実験ぽいので、もし、真空パック等で真空を得たということなら、それではある程度の空気は残っているものと考えられます。ただし、減圧にはなっているので水は入ってくると思います。真空になりきらなかった分の空気が見た目に表れたのではと思いますが…どんな精度のいい真空ポンプを使っても完全な真空空気ゼロをつくることは無理だと思いますし。もし、真空ポンプを使われていてということなら完全なリークです。

回答No.12

First_Noel

＞水への気体の溶解度を飽和させるにはどうすればよいのでしょうか？

定量的なことは見付からなかったのですが，
そこそこ放置しておけば飽和するのではないかと思います．
または，注射器に水とある程度の空気を入れておいて，
加圧してしばらくおいていたものを入れ物に入れ・・・とすれば，
大気圧下での飽和水となると思います．
どちらにせよ，飽和するまでの時間について，
ググっても定量的な記述が見付かりませんでした．すみません．

逆に，みなさまおっしゃるように，もともと５℃の水と，
いったんグラグラと沸騰させたものを冷ました５℃の水とで同じ実験を行い，
前者は飽和した水，後者は不飽和の水として比較できるのではないかと思います．
そうしますと，沸騰したものが冷めるまでの時間内では飽和しないことになりますので，
上記に書いたような短時間の実験では飽和を作り出せないことになります．

以上，飽和までの時間はわからないにしても，
上記のいずれかによって，違いが出て来ると思います．
結果として，飽和してるっぽいのが大きなあぶくが出れば，検証となります．

回答No.11

First_Noel

＃１０です．数値を見付けました．
数値を見つけましたので，参考ＵＲＬをご参照下さい．（下の方に表があります．）
結構溶けるものですね．私の＃５の見解は逆だったようです．失礼しました．
（宜しければ評価の対象からお外し下さい．）
---
ヘンリーの法則では温度について明記していなかったかも知れませんが，
ボイル・シャルルと併せることで，温度についての言及も可能です．
ヘンリーの法則：「ある体積の液体に溶ける気体の体積は圧力に依らず一定」
＃体積は一定ですが，質量に換算すると圧力に比例する．
従って，
温度が高くなる．
↓
気体の比体積が膨張する．＝密度が減少する．
↓
同じ体積なら，比体積が大きいほど質量が小さい．
即ち，温度が高いと気体の質量溶解度は減少する．

但し，ヘンリーの法則自体は，ある程度の温度・圧力範囲で有効．

参考URL：

http://www.keirinkan.com/kori/kori_chemistry/kori_chemistry_2/contents/ch-2/1-bu/1-4-1.htm

お礼

参考URLを見ましたが、私にとっては難しすぎて細かな所がいまいち理解できませんが、大まかにはわかりました。
＃５の回答については間違ってはいるとは思いますが、一つの可能性だけではないと気づかせてもらったのは参考になりました。
ありがとうございます。

補足

すみません。この補足欄を使用してもう一つ聞きたい事があります。
水への気体の溶解度を飽和させるにはどうすればよいのでしょうか？
私が実験した水（５℃）とお湯（４０℃）の実験結果は見分けがつかない位の同じ結果になりましたが、実験した時に飽和されていなければ意味ないのでは？と思いました。

回答No.10

First_Noel

＃５です．
ヘンリーの法則では，水温が高いほど気体の溶解量（質量）は少ないです．
（確か高校化学の教科書に具体的数値があったかと思いますが失念しました．）
炭酸飲料を暖かいところにおいておくと気が抜けやすいのはこのためです．

回答No.9

tyubo9

#6です。
#７さんにかってに補足します。
ヘンリー則により、液中の気体の溶存度（グラム数）は水温が多いほうが増えますが、ボイルーシャルルの法則により、温度が低いほうが気体は縮みます。
これがつりあい、液中の気体溶存量（体積）はほぼ一定になりますので、見た目の出てくる気体量は一定になるではと思います。
沸騰させたお湯を冷ました、お湯でやった実験結果もぜひ教えてください

お礼

再度ありがとうございます。
tyubo9さんの回答によりますと、お湯と水の実験結果が同じでも気体濃度が違う事になりますね。
昨晩、お湯で試した物を朝に確認したら気体体積が減っているように見えました。２/３か３/４位に減って見えました。

補足

そして今実験した結果は、
１。沸騰したお湯を少し冷まして試してみたら、変わりませんでした。
２．実験で使用した水（５℃位）を繰り返し使用してみると、数回位から徐々に気体の量が減っていき、十回を越えるあたりで半分ぐらいになりました。

回答No.8

noname#160321

＃７に詳しいお答えがあるので蛇足。^^
十分沸騰させたお湯を冷やして、深めのところでやってみて下さい。たぶん気体の量はぐっと少なくなると思います。この状態では溶解していた気体はほとんど残っていません。熱いうちやるといいんだけど火傷するし(--;

お礼

溶解度が低い状態の水で実験すると言う意味ですね。
危険が伴いますので諦めます。
ありがとうございました。

回答No.7

psa29

ピストンに僅かに残った気体は、水中に溶解していた窒素や酸素だと思います。
減圧されることによって、水への溶解度が減少し水から分離されたと考えられます。
窒素や酸素の溶解度は、ヘンリーの法則に従うと考えられます。つまり、圧力に比例して溶解度は上昇していきます。
元の圧力に戻れば、再び溶解するはずですが、溶解するのに時間が必要なのでしょう。
気体が存在しているのですから、その中に一部水蒸気も存在していることでしょう。
もし、僅かに残った気体が全て水蒸気だと考えると、水蒸気は短時間に液体に戻ると思われますので、残った気体全てが水蒸気であるということは、考えにくいと思います。
また、気体（空気）の水への溶解度は、温度が高いほど減少します。
夏の暑い日に金魚が水面でアップアップすることからも分かります。
ですから、冷たい水の方が多くの気体が残りませんでしたか？
僅かに気体が残るのは、水の中に空気が溶けていたからであり、実験後は水中に僅かに気体の形で存在しているのですから、その気体の中には気-液平衡に近い割合の水蒸気も存在していると思います。
そして、空気（水以外の成分）が全く溶けていない水の中で行えば、そのような気体はほとんど残らないと思います。

お礼

ご回答ありがとうございます。
更にわかってきました。
＞気体（空気）の水への溶解度は、温度が高いほど減少します。
これに関しては私の間違った認識でした。しかしながら今回の実験で再確認しましたが、明かな違いは確認できませんでした。あるサイトによると４０℃と０℃では倍近くの溶解度の差があると書かれていたのですが、ほとんど見分けがつかない位の結果でした。（使用シリンジ５０ＣＣ）

回答No.6

tyubo9

こんばんわ。
大変面白い発見ですね。
たぶん、水中に溶存していた気体が出てきたものだと思います。
水蒸気分は、一気圧に戻ったら液体にもどる気がします。
確かめるために、湯冷ましで実験してみたらどうでしょう？っていうか、結果が知りたいです。
ちなみに、液体中に溶ける気体の体積は温度、圧力によらずだいたい一定です

お礼

ありがとうございます。
＞湯冷ましで実験してみたらどうでしょう？
どのようにすればよいのでしょうか。
＞液体中に溶ける気体の体積は温度、圧力によらずだいたい一定です
そうなんですか？
今日、もう一度お湯と水で比べてみたら違いがわからなかったです。

回答No.5

First_Noel

ピストンを引く．
↓
シリンジ内圧力が下がる．
↓
１．水面で気液平衡状態になっていたものが減圧によりバランスが崩れ，
　　水が気化する．→蒸気圧が釣り合えば気化はとまる．その状態が保たれる．
２．水にとけこんでいた空気が，減圧により水から出て来る．→加圧してやると段々とまた水にとけていく．

割合としては１の方が格段に多いのではないかと思います．

お礼

ありがとうございます。
一つの原因だけではないのですね。

回答No.4

ymmasayan

水中に溶けていた空気が真空によって吸い出されたのではないかと。

お礼

なんとなく理解できはじめましたが、疑問も残ります。
＃３のお礼に書いた通りです。

水分中に溶けている空気であったなら、吸出しに成功した水で金魚を飼ったら酸欠で死んでしまいますね。
ありがとうございました。