空気が酸素と窒素に分かれないのはなぜ？

質問

食べ物の酸化を防ぐ保存方法で二酸化炭素を入れることを教わりました。
分子量が44で空気より重いので、ドライアイスを容器に置いておけば、下にたまるそうです。
でも、よく考えてみると酸素は16×2で32。窒素は14×2で28。酸素の方が14%も重いのに酸素は下にたまらないですよね？
部屋の天井付近で酸欠になる事ってないですよね。
アリが二酸化炭素中毒で死んだってのも聞いたことないですよね。
もっと深刻に考えると、植物の保存のしかたで発生することのある一酸化炭素って軽いから上にいくって言う人もいるけど、28だからそんな事ってないですよね。
高い山の上って酸素が少ないけど、これって酸素と窒素が分かれて窒素ばかりってわけではないですよね？
だとすると、気体は分子量の差で分かれるわけではないってことでしょうか？
もしかすると、一定温度で風が入らない箱を何日間もそっと置いとけば、酸素が下にたまっているのでしょうか？

回答No.2

noname#62864 · ベストアンサー

均一に混ざったものが、自然に分離してくることはありません。難しい言い方をすれば、エントロピーが減少する方向には変化しないと言うことになりますし、大げさな言い方をすれば、これが自然の摂理ともいえます。

ドライアイスの場合には、まず、二酸化炭素の分子量が大きいこともありますし、発生した二酸化炭素が冷たくて密度が大きくなっていることも無関係ではないでしょう。そのために、空気よりも密度がかなり大きくなっています。
したがって容器などの底にたまりやすく、たまった二酸化炭素は、撹拌しなければ、空気とは混ざりにくいということです。
しかし、混ざるのが遅いというだけで、混ざらないわけではありませんので、かき混ぜれば、簡単に混ざり合いますし、長期間放置しておくだけでも混ざり合います。
ひとたび混ざり合えば、「自然に」分離してくることはありません。

お礼

エントロピーって難しい単語が出たので図書館で付け焼刃の勉強をしてきました。
どうやら、宇宙が膨張していることが関係してるっぽいことがわかりました。
宇宙が縮小はじめたらエントロピーの符号が逆転するらしいことも。
とすると、何億年か先の世界では、気体が比重の差で分かれる現象が起きたりして・・・
いや、それでも１さんの回答のように分子の運動が続く限り混ざり続けるのかな。
食べ物の保存法の疑問から宇宙の原理まで勉強できてちょっとお得な気分になりました。ありがとうございました。

回答No.3

ssk0723

ミクロに見るとやはり比重の差で濃度が違うかもしれませんね。ただ、そんなのは小数点以下何十桁のレベルなんではないでしょうか。
高い山で酸素が少ないのは空気自体が薄いからだと思います。重力の影響で高いところへ行くと空気は薄くなります。

最後に聞いた話では、洞窟の中には犬などは連れて行かないほうがいいそうです。低いところにいるから酸欠になるらしいです。＾＾;

お礼

皆様のおかげで「攪拌があると早く混じる」「攪拌がなくても分子の動き&エントロピー?という自然の原理で混ざっていく」「いったん混ざったものは分かれない」「気圧が低い高山でも混ざったままであることにかわりはない」ということを学びました。
そうすると、洞窟の低い位置の酸欠は「二酸化炭素のような気体がかたまって存在している所があり、攪拌のちからが弱いので、いずれ混ざるとはいえ注意が必要」ということですね。攪拌されにくそうな場所では気をつけます。ありがとうございました。

回答No.1

tetujin3

＞気体は分子量の差で分かれるわけではないってことでしょうか？
正確には比重の差によって浮力が生じます。

空気を１とした場合，窒素は0.97，酸素は1.11，一酸化炭素は0.968，二酸化炭素は約1.5。

ただし，戸外では風で攪拌されることと，高山ではむしろ気圧（分圧）の低下の影響が大きいため，比重の差はあまり問題になりません。

理屈上では，ガス分子の衝突（ガス分子は絶えず運動しており，互いに衝突することで圧力を生じています）がなければ，比重差で分離します。もちろん，分子運動が凍結される絶対温度においては，すべてのガスは固体化してしまいますが・・・

参考URL：

http://www.hakosan.co.jp/sosei.htm

お礼

ありがとうございました。よくイメージがつかめました。
風が吹いて混ざるとばかり思ってたのですが、「分子の運動」が風のかわりになってるってことですね。分かれようとする力よりも分子の衝突の力が大きいため、混ざったものは分離しない、さらに、これは気体である限り止めることができないってことですね。