空気ってなんだ?

包丁とぜんぜん関係ない話題。


水が沸騰すると泡が出てくるじゃないですか。

あれってなんだ?

という漠然とした疑問が前からあった。


水蒸気は知っている。
モノには固相、液相、気相があり、水でいうと0度以下の温度で固相(氷)、0度~100度の間で液相(水)、100度以上で気相(水蒸気)になる。他の物質も同じで、たとえば鉄だったら1535度で溶けてドロドロの液体になり、2750度で蒸発して気体になるそうだ。

気相、つまり空気というのが何なのか、いまいちピンとこない。


水は水蒸気になると、温度によってかなり差がでるが、体積が1500~2000倍ほどになるそうだ。

1立米の水をビニール袋の中で水蒸気にすると1500立米以上の大きさに膨らむわけだ。

しかしその中には、水と同じH2Oの分子だけしか入っていない。

分子の数が増えているわけでもない。


何がピンとこないのか、考えてみた。すると、


・分子と分子の間には何がある?
分子はすごく小さい。分子と分子の間には空気があるはずだが、その空気はいったい何なのか?ということ。

・なぜ分子と分子は離れる?
熱を与えることによって分子の活動が活発になると、分子間に働く引力を上回り、結果として分子同士がばらばらになる。それが気体だ。という認識だったんだけど、分子同士の結合が切れたからといって別に膨らまなくていいじゃないか。たとえばガラスコップが割れたら(結合が切れたら)元の形じゃなくなるけど、別に膨らんだりはしないじゃない。


このふたつのことが、わからない、ということがわかったw


そこで調べてみた。

するとどうも次のような結論であるらしい。


・分子と分子の間には、べつに何もない。
たとえば、固体であっても、原子レベルで見ると隙間だらけで、その隙間には別に何も無いのである。
原子は「原子核」とその周りを飛び回っている「電子」でできているんだけど、原子核が野球ボール1個の大きさだとしたら、原子核より小さい電子が野球場ぐらいの範囲を何個か飛び回っているのが原子一個の状態なのだ。その隙間には、基本的には何も無い。

真空か?というと、まあそんな状態なのかもしれない。真空という表現が適当なのかどうかわからないけど。


・分子と分子が離れる理由は、分子と分子の間に斥力(せきりょく)が働くから。
斥力は反発しあう力。磁石の+と+、-と-が反発しあうのと同じ。

分子同士の間には、固相や液相であるときは引力(結合力)が働き、気相になったら斥力(反発力)が働くのである。


水が沸騰すると鍋の底から泡がボコボコと泡が沸いてくるが、あの泡は、熱せられてエネルギーが活発になった分子同士が反発しあって、そのせいでできた「隙間」なのである。
この分子同士の斥力が、液体の水も押しのけてしまっているのだ。
そしてそれは単なる何も無い隙間である。その中には斥力の強い分子があるだけで、鍋の底からそのほかの何かが生まれてきたというわけではない。

空気というのは、そういった大きめの隙間だらけであるところの気相になった分子の集まりであるらしい。
空間に何の分子(または原子)も無ければその空間は空気とは言わない。

空気中の分子はお互いに反発しあっているが、巨視的には地球の重力に引っ張られて地球の周りから離れない。
私たちが目で見たり手で触れたりできないだけで、海に水がたまっていることと現象としては同じなのだ。


「斥力」なんてものがあることを、わかっていなかった。
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