この教材で学ぶこと
到達目標
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気体の溶解度の意味を説明できる
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気体の溶解度が温度と圧力で変わることを理解できる
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温度が高いほど気体が溶けにくくなる理由を説明できる
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圧力が高いほど気体が溶けやすくなることを説明できる
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ヘンリーの法則の基本を理解できる
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炭酸飲料の例を気体の溶解度から説明できる
1
気体も液体に溶ける
固体だけでなく、気体も水などの液体に溶けます。
たとえば、炭酸水には二酸化炭素 CO₂ が溶けています。
水中の魚が呼吸できるのは、水に酸素 O₂ が溶けているからです。
気体の溶解度は、温度や圧力によって大きく変わります。
固体の溶解度とは傾向が違うため、区別して理解することが大切です。
液体に溶ける気体の例
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気体
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例
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CO₂
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炭酸水、炭酸飲料
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O₂
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水中の酸素、魚の呼吸
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NH₃
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アンモニア水
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HCl
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塩酸
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確認ポイント
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気体も液体に溶けることを説明できる
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炭酸水や水中の酸素を気体の溶解の例として説明できる
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2
温度と気体の溶解度
多くの気体は、温度が低いほど液体に溶けやすくなります。
逆に、温度が高くなると気体の溶解度は小さくなります。
これは、温度が高いほど気体分子が液体から逃げ出しやすくなるためです。
たとえば、炭酸飲料を温めると、二酸化炭素が抜けやすくなります。
また、温かい水より冷たい水の方が酸素を多く含みやすいです。
温度と気体の溶解度
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温度
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気体の溶解度
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理由
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低い
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大きい
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気体分子が液体中にとどまりやすい
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高い
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小さい
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気体分子が逃げ出しやすい
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例題：炭酸飲料を温めると気が抜けやすい理由を説明しなさい。
答え：温度が高くなるとCO₂の溶解度が小さくなり、液体から出ていきやすくなるから。
多くの気体は高温ほど液体に溶けにくくなります。
確認ポイント
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温度が高いほど気体の溶解度が小さくなることを説明できる
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炭酸飲料の例を温度と気体の溶解度から説明できる
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3
圧力と気体の溶解度
気体の溶解度は、圧力にも大きく影響されます。
一般に、圧力が高いほど気体は液体に多く溶けます。
圧力を高くすると、気体分子が液体の中へ押し込まれやすくなるためです。
炭酸飲料は、高い圧力をかけて二酸化炭素を水に溶かして作られます。
ふたを開けると圧力が下がり、溶けていたCO₂が気体として出てきます。
圧力と気体の溶解度
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圧力
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気体の溶解度
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例
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高い
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大きい
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未開封の炭酸飲料
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低い
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小さい
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ふたを開けた炭酸飲料
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圧力低下
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気体が出ていく
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泡が出る
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確認ポイント
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圧力が高いほど気体が液体に溶けやすいことを説明できる
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炭酸飲料の泡を圧力低下から説明できる
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4
ヘンリーの法則
ヘンリーの法則とは、一定温度で、液体に溶ける気体の物質量は、その気体の圧力に比例するという法則です。
つまり、圧力を2倍にすると、溶ける気体の物質量も約2倍になります。
ただし、これは気体が液体と化学反応しない場合に成り立つ近似的な法則です。
高校化学では、一定温度で『気体の溶解量は圧力に比例する』と押さえるとよいです。
炭酸飲料や潜水時の気体の溶解などの理解にもつながります。
例題：一定温度で、圧力を3倍にすると、液体に溶ける気体の物質量は何倍になるか。
答え：3倍
ヘンリーの法則より、溶ける気体の物質量は圧力に比例します。
確認ポイント
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ヘンリーの法則の意味を説明できる
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一定温度で気体の溶解量が圧力に比例することを使える
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5
ヘンリーの法則で注意すること
ヘンリーの法則では、液体に溶ける気体の物質量が圧力に比例します。
ここで比例するのは、溶ける気体の物質量であって、必ずしも気体の体積ではありません。
問題によっては、気体の体積を標準状態に換算して考えることがあります。
また、アンモニアや塩化水素のように水とよく反応する気体では、単純なヘンリーの法則として扱いにくい場合があります。
高校の問題では、条件に『一定温度』『水と反応しない気体』などがあるか確認しましょう。
ヘンリーの法則の注意点
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注意点
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内容
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一定温度
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温度が変わると溶解度も変わる
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比例する量
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溶ける気体の物質量
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反応する気体
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単純には扱えないことがある
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圧力
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その気体の分圧に注目する
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確認ポイント
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ヘンリーの法則で比例するのが物質量であることを理解できる
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一定温度という条件が重要であることを説明できる
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6
炭酸飲料と気体の溶解度
炭酸飲料には、高い圧力で二酸化炭素 CO₂ が溶かされています。
未開封の状態では容器内の圧力が高いため、CO₂が多く溶けています。
ふたを開けると圧力が下がり、CO₂の溶解度が小さくなります。
そのため、溶けきれなくなったCO₂が気泡として出てきます。
また、温かい炭酸飲料ではCO₂の溶解度がさらに小さくなるため、気が抜けやすくなります。
炭酸飲料で起こること
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状況
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CO₂の溶解度
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起こること
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未開封
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大きい
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CO₂が多く溶けている
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開封後
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小さくなる
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泡が出る
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温める
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さらに小さくなる
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気が抜けやすい
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冷やす
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大きくなる
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CO₂が残りやすい
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確認ポイント
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炭酸飲料の泡を圧力低下から説明できる
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温かい炭酸飲料で気が抜けやすい理由を説明できる
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7
水中の酸素と温度
水中には酸素 O₂ が溶けており、魚などの水生生物はこの酸素を利用しています。
気体の溶解度は温度が高くなると小さくなるため、冷たい水の方が酸素を多く含みやすいです。
夏場など水温が高いと、水中の溶存酸素量が少なくなることがあります。
これは、水生生物にとって重要な環境要因です。
化学の知識は、環境や生物の理解にもつながります。
例題：冷たい水と温かい水では、一般にどちらの方が酸素を多く溶かしやすいか。
答え：冷たい水
多くの気体は温度が低いほど液体に溶けやすいです。
確認ポイント
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冷たい水の方が酸素を多く溶かしやすいことを説明できる
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気体の溶解度が環境にも関係することを理解できる
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8
気体の溶解度の例題
気体の溶解度では、温度が高いほど溶けにくいこと、圧力が高いほど溶けやすいこと、ヘンリーの法則がよく問われます。
固体の溶解度とは温度変化の傾向が違うことに注意しましょう。
例題：多くの気体は、温度が高いほど液体に溶けやすいか溶けにくいか。
答え：溶けにくい
温度が高いほど気体分子が液体から逃げ出しやすくなるためです。
例題：一定温度で圧力を2倍にすると、液体に溶ける気体の物質量は何倍になるか。
答え：2倍
ヘンリーの法則より、溶ける気体の物質量は圧力に比例します。
例題：炭酸飲料のふたを開けると泡が出る理由を説明しなさい。
答え：圧力が下がり、CO₂の溶解度が小さくなるから。
溶けきれなくなったCO₂が気体として出てきます。
例題：固体と気体では、温度が高くなったときの溶解度の傾向は一般に同じか。
答え：同じではない
多くの固体は高温ほど溶けやすく、多くの気体は高温ほど溶けにくくなります。
確認ポイント
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気体の溶解度と温度・圧力の関係を説明できる
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ヘンリーの法則を簡単な比例計算に使える
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炭酸飲料の例を気体の溶解度から説明できる
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