クエリ: おならの体積のうち、もっとも多くを占める気体は何でしょう?
文章: 窒素 窒素分子は化学式 N 2 {\displaystyle {\ce {N_2}}} で表され、常温常圧で無色無臭の気体として存在する。分子量28.014、融点-210 °C、沸点-195.8 °C、比重0.808(-195.8 °C)。地球の大気中に最も多く含まれる気体で、大気中の体積分率は地上でおよそ78%である。窒素分子は常温では無味無臭の気体として安定した形で存在する。また、液化した窒素分子(液体窒素)は冷却剤としてよく使用される。常圧では、窒素分子の沸点は-195.8 °C、77 Kである。常温常圧下では極めて不活性かつ、アルゴンなどの希ガスに比べると安価な気体であるため、嫌気性条件や乾燥条件を設定する際に、用いられることが多い。1964年、山本明夫らのグループによって、窒素分子のコバルト錯体(山本錯体、パールハーバー・コンプレックス)が報告されている。
文章: 屁 腸内のガスの9割は体外から口と鼻を通って入ってくるもので、残りの1割は体内の微生物により造られる。主成分を以下に示す。 口臭が腸内ガスに近い臭いを発することがある。これは便秘している腸から腸内ガスが吸収され血管内を運ばれ、肺から放出され口腔に至る為である。 屁には水素、メタン、硫化水素など可燃性ガスが含まれるため、ライターやマッチで火を近づけると燃えることがある。これは体質、食したものなどによる成分によって、よく燃える場合と燃えない場合がある。面白半分に行うと、二酸化硫黄(SO2)を発生したり、火炎による火傷を起こしたりする恐れがある。 文章: 理想溶液 理想気体の状態方程式 Vi* = NiRT/P を使うと、理想混合気体の状態方程式は V ( T , P , N ) = ∑ V i ( T , P , N i ) = ( ∑ N i ) R T / P {\displaystyle V(T,P,{\boldsymbol {N}})=\sum V_{i}^{*}(T,P,N_{i})=\left(\sum N_{i}\right)RT/P} となる。ここで混合気体の物質量 N を N = ΣNi で定義すると、理想混合気体の状態方程式は理想気体の状態方程式 V = NRT/P と同じ形になる。すなわち、理想混合気体は理想気体である。そのため2成分の理想混合気体を2成分理想気体ということがある。また、理想気体のモル体積 v*gas は気体の種類によらないので、理想混合気体の成分 i のモル分率 Xi は、混合前の体積 Vi* を混合気体の体積 V で割ったものに等しい。 文章: 理想気体 アンリ・ヴィクトル・ルニョーは1842年の論文で、様々な気体について精密に実験した結果を発表した。そして、ゲイ=リュサックらによる気体の基本的な性質が成り立つのは、特殊な条件下にある気体、すなわち理想気体に限られることを見出した。さらにルニョーは、気体が圧縮された状態にあると、理想気体からのずれは大きくなることを発見した。ルニョーは、これは圧縮によって分子間の引力が強くなったためだと推察した。 分子間力も考慮に入れた状態方程式は、1873年、ヨハネス・ファン・デル・ワールスによって作られた。 ゲイ=リュサックの理論が理想気体のみでしか成り立たないという発見は、温度計の分野において大きな転換点になった。そもそも温度計は、温度によって基準物質(水銀など)が体積変化(または圧力変化)する現象を利用している。そして当時は、熱の本質はカロリック(熱素)という物質であるという、カロリック説が主流であった。カロリック説によれば、温度とはカロリックの量で決まるため、カロリックの量を正しく反映させることのできる温度計が優れた温度計となる。そして、ゲイ=リュサックの実験によれば、気体においてはどの気体でも熱膨張率が一定であるので、このことから気体は液体や固体と比べて物体の種類に影響されることなく、カロリックの量を正確に反映した体積変化をすると考えられていたのである。以上のことから、ピエール=シモン・ラプラスは1825年、著書『天体力学』5巻において、気体である空気を基準物質とした空気温度計こそが真の温度計だと主張した。 文章: 船小屋温泉 なお、鉱泉水中に含有されている微量なヘリウムの同位体の比率を解析した結果、地球の大気に由来したヘリウムは1‰以下であるのに対して、マントルを起源とするヘリウムが約6割、地殻を起源とするヘリウムが約4割と推定された。これも、船小屋温泉で湧出している鉱泉水が、何らかの形で地球深部から供給されている気体成分を取り込んでいる事を示している。また、船小屋温泉の鉱泉水には、ごく低濃度のメタンも含有されている。この鉱泉水に供給されている二酸化炭素の約9パーセントは、堆積した有機物だったわけだが、これらを併せて考えた結果、この堆積した有機物の一部が、何らかの微生物によってメタンに変換しているのだろうと見られている。 文章: 定積過程 Δ F = Δ U - T B Δ S - S A Δ T = n ( C V , m - S m ( T A , V m ) ) Δ T - n C V , m T B ln T B T A {\displaystyle \Delta F=\Delta U-T_{\text{B}}\Delta S-S_{\text{A}}\Delta T=n\left(C_{V,{\text{m}}}-S_{\text{m}}(T_{\text{A}},V_{\text{m}})\right)\Delta T-nC_{V,{\text{m}}}T_{\text{B}}\ln {\frac {T_{\text{B}}}{T_{\text{A}}}}}となる。ただし Sm(T,Vm) は、温度 T、モル体積 Vm = V/n におけるこの理想気体のモルエントロピーである。 文章: し尿処理施設 し尿処理施設で発生する悪臭物質には、硫化水素、アンモニアやメルカプタン類、有機酸・脂肪酸などがあり、有機物・無機物、酸・アルカリ、その他の化学的性質は多様である。処理方式としては、燃焼法、化学的、物理的、生物的手法がある。 文章: 実在気体 理想気体というモデルでは無視されていた次のような分子間相互作用が、実在気体には加わってくる。 その結果、実在気体では圧力の増加、温度の低下とともに理想気体の状態方程式からはずれ、圧力と体積の積は一定ではなくなる。その傾向は気体の種類によっても異なり、また、同一気体については低温.高圧であるほどそのずれが大きくなる。そのずれを圧縮因子という形で表すこともある。さらに言えば、実在気体は温度・圧力の条件によっては凝縮などの相転移を起こし、もはや気体でなくなってしまうこともある。 文章: 圧縮率因子 圧縮率因子は実在気体の振る舞いに関して、理想気体からのずれを表す無次元量のひとつである。圧縮因子あるいは圧縮係数ともいう。 実在気体または理想気体について、P、V、n、T をそれぞれ圧力、体積、物質量、温度とすると、圧縮率因子 z は次のように表される。 ここで R は気体定数である。また、Vm は気体分子のモル体積、 Vmideal は理想気体としてプロットしたモル体積である(便宜上、前者をモル体積、後者を理想のモル体積と呼ぶことにする)。 モル体積と理想のモル体積の商をビリアル展開することでz を求める方法もある(詳細はビリアル方程式を参照)。 z は圧力 P に対してプロットすると物質固有の曲線になる。一般に十分低圧では1より小さく、十分高圧では1より大きくなる。これは実在気体では無視できない分子間力と分子自体の体積の2つの影響によるものである。z を対臨界定数P およびT の関数で表したのがz 線図で、気体の種類に関係なく適用できる。 理想気体では より圧縮率因子の値は常にz = 1である。 文章: 精液 射精された直後から精子は精液中の果糖を消費しつつ鞭毛運動を行うが、無酸素運動であるため精液中に次第に乳酸が形成され液性が酸性に傾く。また、精子は単体では空気中・水道水中等において生存できない。しかし、実際の性交においては精液内に存在し保護されていることから、長時間にわたって活動を継続できる。したがって、「一度空気中に出たからあとは大丈夫だろう」という考えは非常に危険である。精子はほとんどがタンパク質でできており、デオキシリボ核酸も多く含まれる。 タンパク質分解酵素セリンプロテアーゼに、PSA (Prostate-specific antigen)、前立腺特異抗原と呼ばれる酵素がある。この酵素は前立腺から分泌され精液中にたくさん含まれている。前立腺肥大症や前立腺癌などの病変があると、精液中に分泌されるのとは別に、血液中にも分泌されてしまうことから、前立腺の腫瘍マーカーとして広く用いられている(前立腺を参照)。 プロスタグランジンは、前立腺からの分泌液に含まれていることが最初に調べられたため、前立腺 (prostate gland) にちなんでこの名があるが、精嚢からの分泌液に、より多く含まれていることが後に分かった。 文章: 霧箱 気体が含むことのできる最大の蒸気の量を飽和蒸気量と呼ぶ。飽和蒸気量は温度によって異なり、温度が高いほど気体が含むことのできる蒸気量は増す。逆に気体の温度が下がると飽和蒸気量は減少し、気体中に留まれなくなった蒸気は液滴となる。 ただし、液滴となるためには、中心に核が必要となる。通常は大気中の細かいちりやほこりが核の役割を果たす。しかし、ちりやほこりのない純粋な気体中では、核となるものが存在しないため、気体は飽和蒸気量より多くの蒸気を含むことができる。この状態を過飽和という。 霧箱は人工的に過飽和の状態を作り出すことができる。こうして作られた過飽和状態の気体中に、外部から荷電粒子や放射線が入り込むと、その放射線などが核のような役割を果たす。というのも、放射線は周りの空気をイオン化するからである。水は極性分子であるので、このイオン化された空気に引きつけられるのである。そのため、放射線の動きに沿って液滴が生成される。この様子を光を当てて撮影することで、放射線の動きが線となって見える。 文章: 屁 屁(へ、英語: fart)は、肛門から排出される気体で、腸で発生するガスも含まれる。おなら、ガス、失気、転失気(てんしき)などともいう。 個人差はあるものの、平均的に大人は普通一日に合計8 - 10リットル (L) の量の屁を、5回から20回にわたり放出する。屁を放出することを放屁(ほうひ)という。 大腸でウェルシュ菌などによって分解される時に腐敗し、硫化水素 (H2S) 、二酸化硫黄 (SO2) 、二硫化炭素 (CS2) 、インドール (C8H7N) 、スカトール (C9H9N) 、亜鉛などのガスが大量に発生し、時には臭さの強いガスが発生する。 文章: 理想気体 あるいは、完全弾性衝突の条件をそのままにして としてもよい。ここで微小剛体球の半径は、実際の分子の大きさよりもずっと小さい値、例えば 1 fm(核子くらいの大きさ)を仮定する。剛体球なので、粒子間距離が球の直径より小さくなろうとしたときには強い斥力が働いて粒子同士の衝突は完全弾性衝突となるが、粒子間距離が球の直径より少しでも大きいときには粒子間に相互作用が働かない。理想気体の体積中で構成粒子の占める体積が十分に小さければ、この系はほとんど独立な粒子の集まりとなるので理想系である。容器内壁との衝突が完全弾性衝突ということは、この壁が断熱壁であるということなので、体積 V と 粒子数 N が一定であれば、この系は孤立系である。よってボルツマンの公式によりエントロピーを求めることができる(ミクロカノニカルアンサンブル)。 単原子理想気体の性質は、粒子の並進運動の分配関数から計算できる。すなわち、容器内壁以外でポテンシャルがゼロであるようなハミルトニアンを用いることで、単原子理想気体の性質が統計力学により再現される。 文章: 理想気体の状態方程式 この式が理想気体の状態方程式であり、ボイルの法則、シャルルの法則(あるいは合わせてボイル=シャルルの法則)と体積の示量性から導かれる。 実在気体の場合は、気体は近似的にこの方程式に従い、式の有効性は気体の密度が0に近づき(低圧になり)、かつ高温になるにつれて高まる。 何故なら、密度が0に近付けば、分子の運動に際し、お互いがぶつからずに、分子自身の体積が無視できるようになる。また、高温になることによって、分子の運動が高速になり、分子間力(ファンデルワールス力)が無視出来るようになるからである。 文章: 飲尿 飲尿(いんにょう)とは、尿を飲むことである。 文章: 酸素の同位体 酸素には3種類の安定同位体O、O、Oが存在する。主要核種はOで、天然存在比は99.762 atom%である。 Oの存在比が大きいのは、恒星進化論によって説明できる。ビッグバンにより宇宙が誕生した頃には、元素として水素とヘリウムしか合成されなかった。それ以外の酸素を含む大部分の元素は、恒星の燃焼である核融合反応の過程で合成された。恒星内では、まず陽子-陽子連鎖反応とCNOサイクルにより、水素が燃焼されヘリウムが蓄積される。その水素燃焼が恒星の中心核で進むと、核は自己重力で収縮により中心温度が高くなる。その温度が約1億Kを超えるとトリプルアルファ反応が始まり、ヘリウムが燃焼する。これによりCが、さらにヘリウム原子核と反応しOが合成される。この核合成が大部分のOの起源である。 OとOは、天然存在比がそれぞれ0.037%、0.204%と、微量な安定同位体である。Oは主に恒星の燃焼のCNOサイクルにて、水素がヘリウムへと燃焼する過程で合成される。Oは、NにHeが捕らえられることにより主に合成される(NはCNOサイクルにおいて合成される)。そのため、Oは恒星の水素燃焼層で、Oはヘリウムが豊富な層で合成される。