はいた息にも酸素は残っています。吸った空気の酸素をすべて使い切り、全部を二酸化炭素にして外へ出すわけではありません。中学入試で空気の成分の表が出たら、割合の大小だけでなく、その割合が何mLの空気に対するものかまで確かめましょう。
酸素の取り込み量を求めるときは、吸った側に含まれる量から、はいた側に残る量を引きます。二つの気体を同じ温度・圧力で比べるなど、体積の条件をそろえた模型が必要です。呼吸の深さや回数は一定ではないため、数値は問題で与えられたものを使います。
21％から16％へ変わったとき
仮に吸う空気もはく空気も400mLで、酸素の割合が21％と16％だったとします。吸った酸素は400×0.21＝84mL、はいた酸素は400×0.16＝64mLです。差の20mLが、この模型で体へ取り込まれた量になります。
割合の差は5ポイントです。空気全体400mLの5％が20mLなので、一度に計算することもできます。ただし「酸素が5％減った」という言い方だけでは、何を基準にした割合か曖昧です。最初の酸素84mLに対しては20÷84の割合であり、5％ではありません。
空気全体の体積が違えば、先に量へ直す
割合の差をそのまま使えるのは、比較する全体量が同じときです。吸った側が500mL、はいた側が480mLなら、21％と16％を引いた5％に、どちらかの体積を掛けるだけでは求まりません。それぞれに含まれる酸素の体積を出してから引きます。
この考え方は、水溶液の濃さを比べるときとも共通します。濃い液の方が食塩の量まで多いとは限らないように、割合の高い空気の方が酸素の総量まで多いとは限りません。人体の知識と割合の計算を、別々に暗記したままにしないことが大切です。
例題1：一分間の取り込み量
計算用の模型で、一回に吸う空気とはく空気を各400mLとします。酸素は吸う側で21％、はく側で16％です。一分間に15回同じ呼吸をすると、一分間に取り込む酸素は何mLですか。
答え・解説： 一回では400×0.21−400×0.16＝20mLです。15回分なので20×15＝300mLになります。400×15＝6000mLは、一分間に吸う空気全体の量です。酸素の取り込み量ではありません。まず一回分の酸素の差、次に回数を掛ける順番を守ります。
空気を多く動かしていても、その全部が体内に取り込まれるわけではないことが、この計算から分かります。問題に二酸化炭素の割合も載っていても、酸素を問われているなら、まず酸素の列だけを使って整理します。
例題2：同じ体積の仮定がない
同じ温度・圧力で測り、水蒸気の扱いもそろえた計算資料があります。ある一回の吸気は500mLで酸素21％、呼気は480mLで酸素16％でした。取り込まれた酸素を、資料から求めてください。数値は問題用に設定したものです。
答え・解説： 吸気の酸素は105mL、呼気の酸素は76.8mLです。差は28.2mLになります。割合の差5％に500mLを掛けた25mLは、呼気も500mLと勝手に置いた計算です。二つの体積が明記されている場合は、各側の全体量を使う必要があります。
二酸化炭素とは別々に差し引く
二酸化炭素は吸気にも少量含まれ、呼気で増えます。体から出た分は、呼気中の量から吸気中の量を引く向きです。酸素とは差し引きの向きが逆になります。覚えるなら「入った分から戻った分を引く」「出た分から元々入っていた分を引く」と、矢印の向きで考えます。
酸素の取り込み体積と二酸化炭素の放出体積を、条件もなく同じと置くことも避けます。使われた栄養分などによって関係が変わり、問題では別の測定値や仮定が与えられます。足りない条件を常識らしい言葉で補わず、表にある数字と指定を優先してください。
検知管と石灰水の情報を混ぜない
石灰水の白いにごりは二酸化炭素を含むことの手がかりですが、それだけで「全部二酸化炭素」とはいえません。酸素の割合を問うなら、酸素の測定結果が必要です。成分を確かめる検査と、割合を測る検査を区別すると、表と実験の説明をつなげやすくなります。
復習では、吸気と呼気を横に並べ、空気全体の体積、酸素の割合、酸素の体積を縦に書いてみましょう。最後の一段を埋めて初めて、引き算する二つの量がそろいます。