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中学・理科1分野「気体の捕集法」の学び方

今回は、「気体の性質と捕集法」について学びます。

学ぶ内容

ここでは、

  • 水上置換
  • 下方置換
  • 上方置換
  • 気体の性質とそれに適した捕集法

について、基礎事項を学びます。

気体の捕集法

水上置換

水に溶けにくい気体は、この水上置換で捕集します。

水上置換は、主に水に溶けにくい気体(水素や酸素など)の捕集に用いられます。

まず気体を収集するためのフラスコ(試験管)を水槽の中に下向きに入れます。そして、捕集したい気体をガラス管などを使って水中のフラスコに導きます。すると、気体が水を押し寄せて瓶の中に溜まります。

紙コップを想像してください。そこにオレンジジュースがあるとします。そして、ストローでジュースに空気を送り込むと「ぶくぶく」と音を立てて空気が逃げますよね。これと同じ原理です。

水上置換は、水に溶けにくい気体を捕集する。

上方置換

空気より軽い気体は、上方置換で捕集します。

上方置換は、主に空気より軽い気体(アンモニアなど)の捕集に用いられます。

これは、下向きにしたフラスコなどに気体を導き、中の空気を押し出しながら、上方へ気体を集めます。これにより、中に入ってた空気は外に押し出されます。なぜ、集めた気体が外にでないのかというと、空気より軽いため下に行けないので外に出ないのです。

これは、ヘリウムで膨らませた風船を部屋の中で飛ばしてみると分かります。風船は、手を離すと天井にぶつかりしぼむまで落ちてきません。風船の中にあるヘリウムガスは空気より軽いためです。それと同じ原理です。

空気より軽い気体は、上方置換で捕集する。

下方置換

空気より重い気体を捕集するときに、下方置換を使います。

下方置換は、主に水に溶けやすく、空気より重い気体(二酸化炭素など)の捕集に用いられます。

これは、口を上方に向けた容器に発生した気体を導き、容器中の空気を追い出しつつ容器内に満たしていくことで集めることができます。

二酸化炭素は、水に少し溶けますですが水上置換でも可能です。
空気より重い気体を集めるには下方置換

気体の性質と捕集法

気体には必ず性質があります。ここでは、さきほどの例の性質をまとめます。

まとめてみると、このような感じです。

捕集方法を決定する場合は、まず「水に溶けるかどうか」を判断し、溶けない場合には水上置換で捕集します。水に溶ける気体の場合には「空気より軽いか重いか」を考え、空気より軽い場合は上方置換、重い場合には下方置換で捕集します。

おわりに

この記事を参考にして、覚えていただければ幸いです。

(image by amanaimages)
(image by 筆者)

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