液体空気ってどんなもの？液体？気体？爆発しやすくて危険ってホント？現役の研究者がわかりやすく解説！
よぉ、桜木建二だ。今日は液体空気について見ていこう！液体空気はその名の通り空気が液体になったものだ。普段目にすることはほとんどないが空気もちゃんと液体になるんだぞ。ただ、約-190℃と超低温であったり、爆発しやすかったりと取扱いが難しいんだ…。大学で化学を学び、今も現役の研究者として活躍する化学に詳しいライターポスドクランナーと一緒に解説していくぞ。
解説／桜木建二
「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。
ライター／ポスドクランナー
大学で有機化学や合成化学、生物学について学び、化学や生物に精通している。現在も研究者として活動を続ける傍ら、市民ランナーとしても多くのマラソン大会に出場している現役のランナー。
液体空気ってどんなもの？
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私たちは生きていくために空気を吸い込んで体内に酸素を吸収し、体内の二酸化炭素を放出しています。この空気を圧縮または冷却して液化したものが液体空気です。薄く青みがかった溶液で、沸点は−約190度の超低温の溶液になので、通常の環境では直ぐに気化して気体になってしまいます。
液体空気は空気中に含まれる窒素、酸素、二酸化炭素、アルゴンなどの様々なものが液化している混合溶液です。加圧されると沸点の低いものから順に気化していくので、工業的に空気から窒素と酸素を得るのに利用されています。
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液体空気ってどうやって作るの？
Henry Roscoe – The Life & Experiences of Sir Henry Enfield Roscoe (Macmillan: London and New York), p. 120, パブリック・ドメイン, リンクによる
液体空気は、大気中の空気を加圧し圧縮し、これを断熱膨張させて冷却することで空気の温度が次第に降下させることで作ることができます。
加圧した空気を断熱膨張することで空気の温度が降下する現象はジュール＝トムソン効果です。ジュール＝トムソン効果はジェームズ・プレスコット・ジュールとウィリアム・トムソンによって1861年に提唱されました。これは、2つの容器をつなぐ細管の中央に綿など多孔性物質をおき、両側の圧力をそれぞれ一定に保ちながら、外部との熱の出入を断って気体を高圧側から低圧側へゆっくり流すと、気体の温度が圧力差に比例して変化する現象です。これにより、低圧側に流れた気体の温度は下がり、液体化します。
液体空気の作製に初めて成功したのはカール・フォン・リンデで100年以上も前の1895年のことです。その後、ジョルジュ・クロードによって工業的な大量生産が可能になりました。
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