水道水には、窒素や酸素などの大気ガスが溶け込んでいます。水を入れたグラスを数時間放置すると、グラスの温度がわずかに上昇し (水が温かくなります)、溶解ガスが水から出て、グラスの内側に沿って気泡が形成されます。
グラスに水を入れ（室温以下）、数時間そのままにしておきます（これは水道水を使用して行うことができます）。最終的に、グラスの側面 (内側) に沿って小さな泡が現れ始めることに気付くでしょう。
なぜこれが起こるのですか?
水へのガスの溶解度
蛇口から出る水は、大きな貯蔵タンクに到達する前にパイプを通ります。したがって、パイプ内の水は通常よりも圧力が高く、温度も低くなります。
これら 2 つの条件は、窒素や酸素など、大気中に豊富に存在する特定のガスを溶解するのに理想的です。
気体は温度が低いほど水に溶けやすくなります
気体は一般に、温度が低いほど水に溶けやすくなります。言い換えれば、水温が上昇するにつれて、水へのガスの溶解度が低下します。
下のグラフは、ガスの溶解度が温度の変化によってどのように変化するかを視覚化するのに役立ちます.
温度上昇に伴う二酸化炭素の水への溶解度の変化
温度の上昇に伴うガスの溶解度の低下傾向は、蒸気圧が温度とともに上昇する方法と非常によく似ています。ご存知のように、水が冷たいと、より多くのガス分子が水に溶けます。しかし、水が温まり始める (つまり、温度が上昇する) と、気体分子の運動エネルギーも増加します。
これにより、これらの分子がより自由に動き、それらを結合している分子間結合を壊して、溶液から逃れることができます。そのため、温度が上昇するとガスの溶解度が低下します。
水温の変化による水生生物への危険
水への気体の溶解度の温度依存性は、水生生物の生活に直接影響を与えます。ご覧のとおり、魚などの水生生物は生存のために酸素を必要とし、鰓から水中の溶存酸素を吸収することで、生息する水から酸素を得ています。酸素は水が冷たいほど溶けやすいため、水温が一定の限度を超えないようにする必要があります。
発電所から放出される廃棄物は水温を上昇させ、海洋生物を危険にさらします (写真提供:Flickr)
しかし、まさにそれが最近起こっていることであり、それは主に人間の活動によるものです。たとえば、発電所は大量の熱水を大きな水域に排出します。これにより、水温が上昇し、水生生物に劇的な影響を与えます。これは、ガスの溶解度に対するこのような温度依存性の非常に望ましくない結果です。
水へのガスの溶解度は、圧力の増加とともに増加します
液体と固体は、水の圧力が変化しても溶解度は実質的に変化しませんが、気体は変化します。気体は圧力が高いほど水に溶けやすくなることが観察されています。炭酸飲料は、この現象の優れた例です。
ヘンリーの法則
水圧の変化が気体の溶解度に及ぼす影響は、ヘンリーの法則として知られる気体の法則の 1 つによって説明できます。 「溶存ガスの量は、気相の分圧に比例する」と述べています。
この依存性を説明する最も簡単な方法は、圧力が増加すると、ガス分子が溶液に押し込まれ、加えられた圧力が緩和されることです。次の画像は、これをよりよく視覚化するのに役立ちます:
水の入ったグラスに一晩で泡ができる理由
上記の 2 つの物理現象により、水道水は、理想的ではないにしても、溶解した大気ガスを保持するのに適した候補になります。しかし、この水をグラスに注ぎ、室温で数時間放置すると、大気圧が下がり始め、温度が上昇し始めます。
一晩でコップ一杯の水に小さな泡が形成されます (写真提供者:Pixabay)
その結果、水中の溶存ガスが溶液から抜け出し、ガラス内部のざらざらした部分に気泡が形成されます。温度が急激に変化しないため、泡がグラスに現れるまでに数時間かかります。
