4T+E+GB

消火に使われる「水」




水の星・地球

 



地球の質量 6.0×1024kg
水の質量  1.4×1021kg
水の比率  0.023% 
地球の表面は約70%が水で覆われている。
人体の60%から70%が水分
 
ミルク クラウン

お皿の上に薄く(浅く)牛乳をはって、一滴の牛乳を垂らす。 

 
スイス・ローヌ氷河の中のトンネル


なぜ、青く見えるのか。
原因は定かではないが、結論から言うと赤色の光線が
氷河の氷の中の何かの成分に吸収されて青い色の光線が
多く残ってトンネルの中まで届いたからである。 


雪の結晶


動植物ならDNAの中に姿かたちの情報が入っている
そうであるが無機質の水の結晶が原点を中心に結晶が
成長していくその6片が同じ形に成長するのがとっても
不思議である。何故だろう。 

 
 水は水素ガスが燃焼して生成する。すなわち、水は水素ガスの燃えカスである。また、高温に熱せられた大量の鉄等に注水すると、水は水素ガスと酸素ガスに分解し、爆発的に燃焼を起こす危険性がある。

2H2 + 02 ⇔ 2H2O + (286×2)kJ
2mol  1mol   2mol
 4g  32g  36g 

水 H2O 分子量[18]

水の分子モデル
赤色の球体は酸素・白色の球体は水素
  
 
 水素ガスと酸素ガスとを正確に2対1に混合して燃焼させる酸水素ガストーチの炎は2800℃にも達する。たいていの金属は熔かすことが出来る。タングステンの融点は3380℃なので熔けない。

 
 また、水を金属ナトリウム(Na)や、金属カリウム(K)に注水すると激しく反応し水素ガスを発生して、その水素ガスが引火して爆発を起こすので危険である。

2Na + 2H2O ⇔ 2Na(OH) + H2
金属ナトリウム 水   水酸化ナトリウム 水素ガス
 
水の三態(大気圧=101.3kPaのもとで)  
氷(固体)
凝固⇔融解
水(液体)
凝縮⇔蒸発
水蒸気(気体)
無色透明


密度
0.9g/cm3
融点0℃
融解熱
334J/g
←体積膨張
約1.1倍
無色透明
比熱
4.18J/g℃
密度
1.0g/cm3
沸点100℃
蒸発熱
2260J/g
体積膨張→
1630倍
無色透明


密度
0.60g/ℓ

水の物性
温度密度粘度
g/cm3Pa・s
00.99984 1.7921×10-3
40.99997 -------
50.99995 1.5201×10-3
100.99970 1.3077×10-3
水は4℃のときが一番密度が大きい(=一番重たい)ので、水が冷たくなって凍るときは、4℃の水が底に沈み、水面に氷が張り出す。若し0℃の水が一番密度が大きかったら、重たい0℃の凍り始めた水が底に沈み、底から凍りはじめると池の魚はすべて氷の上に放り出されて、日干しになって死んでしまう。

 霧・雲・春霞も全て水の微粒子=水滴である

 固体⇔気体 の相変化を 両方向とも昇華と呼ぶ 

 ドライアイスが溶けて液体になることなく、気体の炭酸ガスになるのも昇華である。また、ドライアイスの周りに空気中の水蒸気が固まり付くのは、水蒸気が昇華して氷になっているのである。
 冷蔵庫の製氷室の氷は、夏場は出来ると直ぐに使われるが、冬場は出来ても放置されることが多い。放置された氷は段々と痩せて角が取れて丸くなり小さくなる。これも昇華現象である。


 

 水は熱せられて沸点に達すると沸騰し水(お湯)から水蒸気になる。このとき大きな体積膨張を起こす。
 100℃の水(お湯)18g(1mol)の体積=18.8cm3
 100℃の水蒸気  18g(1mol)の体積
        =22.4ℓ×(373/273)÷(18.8/1000)=1630

1合(180ml)の水が、水蒸気になると293(リットル) ≡ ドラム缶1.5本


 水の密度と粘度
 水の20℃における密度は ρ=998[kg/m3

 水の20℃における粘度は μ=0.00101[Pa・s=kg/(m・s)]
 消防の水力学における水の密度と粘度

 水の常温における密度は ρ=1000[kg/m3

 水の常温における粘度は μ=0.00100[Pa・s=kg/(m・s)]


水の3態図
  縦軸は圧力を表し、横軸は温度を表す。
  図中の赤色の横線は大気圧(101.3kPa)を示し、
  左側の縦線は、氷点(0℃)を示し、右側のそれは沸点(100℃)を表している。
  温度と圧力を指定してやれば、3態(氷か、水か、水蒸気か)が分る。 
 

『ザ・ブルー・マーブル』
(1972年12月7日、アポロ17号に搭乗したハリソン・シュミットが撮影した地球)


 地球の空気層の厚さ

 地球の形状は球形、その半径は6370kmある。そしてその上に空気の層を纏っている。で、その分厚さは?約50kmである。それは成層圏の上部と言われるところでそこの空気の薄さは地上部の約1/1000である。すなわち地球の半径の0.78%、もし半径10cmの円を描いたらとしても空気の層は0.8mmで1mmにもならない。それほど薄っぺらい存在である。
 いま、1cm×1cm底面積を持ち、空気がなくなる上空(約100km上空=空気の濃さは地上付近の100万分の1位)まで伸びている空気の柱を考え、その中の空気の質量を測るといくらになるか。

 答えは1.033kgである。上のような気中の質量を直接測ことは不可能であるが間接的に測る方法がある。

     


    まず、水銀を満たした容器を図のように用意する。
    また、管の片方が閉じられている約1mの長さのガラス管を用意する。
    このガラス管に水銀を満たし、水銀が漏れないように指で押さえて、用意した水銀溜めの水銀の中まで入れて指をそっと緩めるとガラス管の中の水銀のいくらかは水銀溜めに出るが、ガラス管内の水銀は全部出るのではなくある高さまで下がるとそれ以上は下がらなくなる。
    この実験はガラス管の断面積に関係なく水銀柱の高さは同じで76cmであるが、解りやすくするために、管内面積が1cm2のガラス管として話を進める。

    この中にある水銀の質量=水銀柱の体積×水銀の密度
     =1cm2×76cm×13.59g/cm3
     =1033g=1.033kg
    この1033gの水銀に重力が働き生ずる力は
     F=mg=質量×重力加速度=1.033[kg]×9.8[m/s2]=10.13[N]
    この力が1cm2にかかっているので
     P=10.13[N/cm2]=10.13×10000[N/m2=Pa]
      =101300[Pa]=1013[hPa]=101.3[kPa]=0.1013[MPa]

 このように、空気柱の中の空気の質量は測れなかったが、水銀を使うことで測ることが出来る。
水銀の密度は13.59g/cm3で、大気圧に相当する水銀柱は76cmである。これを76cmHgと表す。
 水の密度は1.0g/cm3であるから、大気圧を水柱で表すと10.33mAqとなる。Aqは(aqua)で、水を意味する。ここでは水柱を意味する。
    これらから
    大気圧=1013hPa(ヘクトパスカル)気象関係で使われている
    =0.1013MPa=101.3kPa
    =76cmHg=760mmHg
    =10.33mAq
    =1.033Kg/cm2 重力単位系で現在は使われない
    と、表すことが出来る。
 
出典:ウィキペディア

水素爆発

気体の水素(水素分子)によるガス爆発。

 チェルノブイリ原子力発電所事故や福島第一原子力発電所事故など、核分裂反応を利用する原子力発電所の事故(冷却機能の喪失)により起きる爆発は上記である。燃料被覆管のジルカロイが高温の水蒸気と反応して水素が発生し、次いで水素が酸素と反応して爆発する。
Zr + 2 H2O → ZrO2 + 2 H2
2 H2 + O2 → 2 H2O


2H2O + (286×2)kJ ⇔ 2H2 + 02