ドライアイスの周りから、白いもやが流れ出す映像を見たことがあるでしょう。ドライアイスは二酸化炭素の固体です。それなら、白く見えるものも二酸化炭素の気体なのでしょうか。ここは、物の名前を一つ覚えただけでは間違えやすいところです。
通常の観察条件で、気体の二酸化炭素は無色で、白い煙のようには見えません。白いもやとして見えるのは、主に細かな水滴です。冷たい環境では氷の粒が関わる場合もあります。気体が発生することと、目に見える粒が存在することを、一つの現象としてまとめないようにしましょう。
ドライアイス自身の変化を、先に書く
普通の大気圧の下では、ドライアイスは液体の二酸化炭素を経ずに、固体から気体へ変わります。水の氷が融けて水になる経路とは違います。状態変化の名称だけでなく、「何という物質が、どの状態からどの状態へ進むか」を書いておくと、途中で水の話と混ざりません。
例えば、ノートの左側に「二酸化炭素：固体→気体」、右側に「水：小さな水滴など」と分けて書きます。同じ場所で見えていても、物質が二種類あります。「ドライアイスが白い水蒸気になった」という説明では、二酸化炭素が水へ変わったことになってしまいます。状態変化と、別の物質になる変化は区別してください。
水蒸気も、気体のままなら見えない
やかんの湯気や冷たい日の白い息でも、似た読み違いが起こります。日常では白いものを水蒸気と呼ぶことがありますが、理科でいう水蒸気は気体の水です。白く見える小さな液体の粒とは状態が違います。
ドライアイスの周囲では、冷やされることが水滴のできる条件に関係します。ただし、水に入れた場合に見える白いもやの成り立ちを、すべて「外の空気中の水蒸気が冷えた」とだけ説明するのは不十分です。水中で生じる泡の中にも白いもやが観察され、入れた水に由来する細かな粒を考える必要があります。ここでは、見えている粒と気体の二酸化炭素が別物だという点を確実に押さえましょう。
白い範囲は、気体の境界線ではない
白いもやが薄くなったり消えたりしても、その場所から二酸化炭素が全部なくなったとは言えません。見える粒が減ることと、気体が存在しなくなることは別です。「見えなくなったから、安全な普通の空気に戻った」と判断してはいけません。
また、白い部分が下へ流れた映像だけから、そこにある気体が二酸化炭素だと証明することもできません。冷たい空気の動き、気体の混ざり方、粒の運ばれ方も関係します。映像で見えるのは流れの一部で、気体のすべてを色で塗り分けているわけではないのです。
例題1｜二つの変化を、物質名で分ける
ドライアイスの周囲に白いもやが見えました。次の説明のどこを直しますか。「固体の二酸化炭素が、白い気体の二酸化炭素になったので見える」。通常の大気圧で考えてください。
答え・解説： 固体の二酸化炭素が気体になる部分はよいですが、気体の二酸化炭素が白く見えるという部分が違います。白く見えるのは、主に細かな水滴です。二酸化炭素の状態変化と、水の粒の存在を分けて書きます。「気体」と「小さな粒が気体中に浮かんでいる状態」は同じではありません。
例題2｜白いもやが消えれば、気体も消えた？
時間がたち、白いもやが見えなくなりました。ある人が「二酸化炭素がなくなったことが分かった」と説明しました。この観察だけで、そう言えますか。言えない理由を一文で答えてください。
答え・解説： 言えません。白い粒が見えなくなっても、無色の二酸化炭素が残っている可能性があるからです。観察できた事実は「白いもやが見えなくなった」であり、「二酸化炭素がゼロになった」ではありません。見えるものを手がかりにするときほど、その手がかりが何を表しているかを確かめます。
写真から答えるときは、見えない部分を想像で埋めない
写真の白い部分を全部同じ気体だと塗ってしまうと、現象を分かりやすくしたつもりで、間違った模型を作ることがあります。粒の大きさや数によって見え方も変わるため、白さだけから発生した二酸化炭素の量を計算することもできません。量を調べるには、重さや体積など、目的に合う測定が必要です。
この記事は観察資料を読むためのものです。ドライアイスを素手で触る、口に入れる、密閉容器へ入れる、換気の悪い場所で大量に使う、といった扱いは危険です。白く見えるかどうかを安全の目安にせず、取り扱いは製品の注意に従う大人に任せます。理科では「見えない」と「ない」を分けることが、説明の正確さにも安全にもつながります。
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