液体中への気体の溶け込み方

質問

ボトルに液体を入れ、上からある気体で加圧すると気体が液中へどんどん溶け込んでいくと思います。その時の様子はどんな感じなのでしょうか？ボトルの上、中、下では濃度が違っているんでしょうか？

試験の内容というのが、ボトルに液体を入れ、キャップには穴を開けて気体で加圧できる状態を作っておきます（ストローを刺す感じ）。
その状態で加圧を続け、時間ごとにボトル下部からサンプリングし分析を行うのですが、サンプリングを行う際、採取位置が違うことによって結果も違ってくるのか、と思いましたので、、、（ボトル上部、液面付近の濃度が高く、ボトル下部が薄い？）

状況が伝わりましたでしょうか？よろしくお願いします。

回答No.2

zairyouya · ベストアンサー

基本化学平衡に達していれば上中下の濃度は同じになります。ただ入っていく途中では上部からの拡散ですので濃度勾配が存在します。これを確認するには平衡時間を決めなければいけません。ちなみに基本気体が液体に対して溶解する際はジーベルツの法則という法則に従い気体が溶解します。ジーベルツの法則とは気体の活量(酸素であれば√ｐO2)が溶液中の溶質(ガス)濃度(mass%,XO何でもOK)に飽和溶解度まで比例するという法則です。水のようなものに対しては全圧1atmの時の飽和溶解度を求めれば2atmの時の飽和溶解度も推測することができます。ジーベルツの法則が成り立つとすればその傾き(活量係数)を計算できますから。ただこれは温度一定のもとでです。温度が変われば活量係数は変化します。ただし、金属溶体、合金溶体等では平衡分圧というものがあって全圧(たとえば1atm）に達する前にその酸化物であったり水素であれば水素化物を作ったりします。酸素であればジルコニア固体電解質という便利なものがあり酸素濃淡電池を構成することで酸素分圧を測定できます。またサンプリングにより酸素飽和溶解度を測定しγ（活量係数）を各温度で測定すれば活量係数の対数は温度の逆数に比例しますから各温度での飽和溶解度や平衡酸素分圧を見積もれます。ま、余談ですが・・・
　というかサンプリングはというものは厄介ですよ。一瞬で冷却し凍結させなければいけませんから。液体窒素では膜沸騰の可能性があったりするわけですから。細径の坩堝状のものをそのまま冷却し、バルクを分割分析する方法もおすすめします。サンプリングするのであれば少量だけとり一揆に冷却してください。冷却の遅れが温度差が引き起こすガス放出につながりますから。後ひとつ、平衡を作りたいのなら完全に均熱帯内に系すべてをいれ実験をおこなってください。でないと対流ができるというのは当然のことで濃度差ができるのも当然ですから。ながながすんません

お礼

ご回答ありがとうございました。
ヘンリーの法則だけじゃ片付かない問題だったんですね。サンプリング方法も大変そうだし。頭が痛くなってきました。

回答No.1

noname#160321

結構ムツカシー。だけど面白い。
例えば二酸化硫黄や三酸化硫黄をガスとして溶かしたとしましょう。すると溶けた部分は亜硫酸、硫酸となるので密度が大きくなり、対流が起こってしまうでしょう。
塩化水素では、1.0Nの塩酸の密度は1.017だからやはり沈む。
アンモニアの場合、5Nのアンモニアの密度は0.965だから浮いている。
楽しいなー。^^

お礼

ご回答ありがとうございました。
溶かす気体や溶媒もはっきりさせないと答えにくかったですね。申し訳なかったです。