質問: 上方置換と下方置換のうち、塩化水素のような水に溶けやすく、空気より重い気体を集めるときに使う手法はどっち?
回答: 下方置換

タイトル: 溶媒抽出法
分配係数を用い、キレート試薬などを利用して、水相から有機相へ移行させ、分離抽出を行う。実際の手法には、主に化学室などで使われる分液漏斗を使ったバッチ式単段抽出、工業的な向流多段抽出プロセス、ミキサセトラ、遠心抽出機等のほか様々な方法で利用されている。試料中の微量金属イオンに錯体を形成させて有機層中に抽出することにより、抽出液を直接分析機器で測定できる利点がある。

タイトル: ストロー
ストローの上方から空気を吸引することで液体を重力に逆らって持ち上げることができる。この作用原理には、大気圧の力が関係している。液体をストロー上方へ運ぶ直接的な力は、コップ内の液体にかかっている空気の重さ、すなわち大気圧の力そのものである。ストローを吸う行為は直接的にはストロー内の空気を吸い出すという行為であり、外部の大気圧に対してストロー内部の気圧を低くするだけの行為である。これによりストロー内部に密着している液体表面だけが大気からの圧力より開放されるが、それ以外の液体表面には依然として大気圧の重みがかかっている状態になる。常に大気圧に押さえ付けられている液体はより低い気圧のほうへ押し出されざるを得ないが、結果的にそこはストロー内部の空間となる。

タイトル: スーパーキャビテーション
スーパーキャビテーション(英: supercavitation)は液体に起きる物理現象であるキャビテーションの利用方法である。いくつかある利用例ではいずれも、キャビテーションを意図的に大量に発生させて、物体と周囲流体との摩擦を小さくし、抗力を減らす効果を利用している。キャビテーションによって物体周りの液体は気化するが、気体の密度が液体よりもずっと小さいため、抗力が減少する。液体中で高速運動する物体や高速で流れる液体を遮る物体に生じる気泡、つまりキャビテーションで覆われた物体はその表面に働く摩擦抗力は著しく削減できるが、物体前面には液体が接しているため前後の圧力差から生じる圧力抗力は低減できない。また、プロペラ(スーパーキャビテーション・プロペラ)や舵では摩擦減少の効果は片面でしか得られない。

タイトル: 曝気
曝気(ばっき、英: aeration)とは、水を空気にさらし、液体に空気を供給する行為。エアレーションともいう。

タイトル: 結晶化
結晶化が起こるためには、溶液は過飽和していなければならない。すなわち、平衡状態における濃度よりも多くの溶質(分子またはイオン)を含んでいる必要がある。そのような状態を起こす一般的な方法に以下がある。溶媒をゆっくりと蒸発させる、といった方法もとられる。手順としては、溶媒を選択し、そこへ溶かし、脱色し、個体を除去し、結晶化し、結晶を集め洗って乾燥させる。まず溶媒の選択にあたり、不純物を全く溶かさないか、非常によく溶かすため、結晶化することができない性質を持ち、化学反応を起こさず、理想的には不燃性、無毒、安価で、揮発性が高いなど最終的に除去しやすいものである。

タイトル: 水蒸気蒸留
水蒸気蒸留(すいじょうきじょうりゅう、英: steam distillation)は、蒸気圧の高い高沸点の化合物を沸点以下の温度で蒸留する方法である。水と混合することで沸点が低くなるような化合物(すなわち、水と最低共沸点を有する化合物)を蒸留すると効果的である。水蒸気を連続的に蒸留容器に導入すると共に、蒸留容器は加熱状態にして容器内を加熱水蒸気で満たし、流出する加熱水蒸気を水冷管で冷却して目的物を水と共に冷却捕集する。通常は水に溶けにくい化合物を水蒸気蒸留する。水に解けにくい化合物を水蒸気蒸留し、得られる蒸気を冷却して液化すれば、目的化合物が水から分離して、比較的高純度の目的化合物が得られるからである。ただし、旧式のアミノ酸窒素定量法のように分解生成したアンモニア(水に溶解しやすい化合物)を水蒸気蒸留で捕集する例もある。

タイトル: 還元
水素ガスを還元剤として用いる還元反応を水素化あるいは水素添加(略して水添)という。通常、触媒を必要とするので、接触水素化と呼ばれることも多い。触媒が系に溶解する均一系の反応と触媒が系に溶解しない不均一系の反応に大別される。不均一系の水素化では主にニッケル、銅-酸化クロム、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、白金などの金属の微粉末、もしくはそれらを活性炭、アルミナ、珪藻土などの不溶性の担体に吸着させたものが触媒として用いられる。均一系の水素化ではホスフィン配位子を持つルテニウムやロジウムなどの遷移金属錯体が触媒として使用される。 不斉水素化はキラルなホスフィン(代表としてはBINAP)を配位子としたこの種の触媒で行われる。記事:水素化 も参照のこと。金属あるいは半金属の水素化物やその錯化合物(アート錯体)を還元剤として用いる還元反応である。 記事 ヒドリド還元に詳しい。

タイトル: にがり
イオン交換膜によって得られる物の1リットルあたりの大まかな組成は、以下のとおりである。

タイトル: ろ過
加圧ろ過とは、減圧ろ過でもろ過しきれない物質に対するろ過法。耐圧の容器(加圧ろ過器などと呼ぶ)に、ろ紙とろ過したいものを充填し、ろ過液面上部を圧縮空気もしくは窒素などの不活性ガスで加圧する。理論的にはろ材もしくは容器が耐えうる圧力まで加圧することができるので、大気圧分までしか差圧が得られない減圧ろ過に比べて効率よくろ過を行うことができる。また、通常のろ紙ではこの圧力に耐えることができないため、専用に設計されたろ過板を用いることが多い。遠心ろ過とは、遠心力を用いて差圧を得てろ過する方法。実験室的にはカートリッジになったろ過チップにろ過したいものを入れ、遠心分離機でろ過する。減圧ろ過、加圧ろ過ほど一般的ではないが、より差圧が必要な限外ろ過などに用いられる。上記のろ過手法は順にろ過速度、能力に優れるが、その分設備的な制約が大きくなる。

タイトル: エバポレーター
精留効果が期待できない点はロータリーエバポレーターと同様である。少しずつ溶液を導入するため、ロータリーエバポレーターよりも突沸は起こりにくい。固体が析出してしまう溶液や粘稠な溶液はこの装置では処理できない。

タイトル: 液体呼吸
これは一呼吸程度の量の気体では体組織に蓄積される窒素の量が減圧症が起こるほど多くないためである。深海まで潜水する哺乳類や人間の肺はほぼ完全につぶれている。この考え方を実際に適用するには以下に示す問題点がある。潜水に液体呼吸を応用する場合には完全な液体置換を行わねばならない。そうすることにより高い空気分圧を避けられるため、塞栓の原因となる気泡を血中に少しも発生させない状態を維持できる。しかし、液体による完全な置換を行った場合、二酸化炭素を除去するのに十分な量の液体を流通させるのに困難を伴う。全圧がいくら高くても、呼吸を行う液体中に溶かし出すのに影響する血液中の二酸化炭素の分圧は 40 mmHg より高くはならない。この程度の圧では、大部分の液体フルオロカーボンでは、安静な状態での代謝で十分に二酸化炭素を除去するには毎分約 70 mL/kg の交換速度が必要である。

タイトル: アフィニティークロマトグラフィー
結合が強い場合は吸着したまま離れなくなることも多いが、その場合には塩濃度を高くする、担体に固定化した方の物質をさらに流し込むといった方法で溶出することができる。

タイトル: コールドトラップ
コールドトラップあるいは冷却トラップ(れいきゃくトラップ)とは、減圧操作において気体を液体あるいは固体に濃縮する装置である。エバポレーターなどで減圧する際に、蒸発した気体の有機溶媒や水蒸気が吸引ポンプに達するのを防ぐために用いる。あるいは、オイル等の液体を用いるポンプから気体がサンプルや実験系内に流れ込んで汚染することを防ぐために用いる。捕捉した気体を冷却し濃縮するために、液体窒素等の入ったデュワー瓶に入れて使用する。このため、液体酸素を発生する危険がある。

タイトル: 人工呼吸器のモード
液体換気とは、酸素を含む気体混合物ではなく、酸素を含んだパーフルオロカーボン(PFC)の液体で肺に吹送する機械換気の手法である。酸素と二酸化炭素の不活性キャリアとして、窒素ではなくPFCを使用することで、急性肺損傷の治療において、以下のような多くの理論的な利点がある:液体呼吸にはこのような理論的な利点があるにもかかわらず、有効性に関する研究は期待外れで、最適な臨床使用法はまだ定義されていない。完全液体呼吸(total liquid ventilation : TLV)では、肺全体が酸素を含むPFC液体で満たされ、PFCの液体一回換気量が肺に積極的に送り込まれ、肺から排出される。比較的高密度で粘性の高いPFCの一回換気量を送り出し、取り出すために、また、液体に含まれる二酸化炭素を体外で酸素化・除去するために、専用の装置が必要である。

タイトル: 吸引ろ過
ろ過は、実験室と工業的な製造条件の両方で一般的に使用される単位操作である。実験室での操作に適した吸引ろ過の装置は、反応生成物が懸濁液中の固体であるとき、目的の生成物を単離するためによく使用される。生成物をより速く回収でき、その固体は単純ろ過の場合よりも乾燥した状態で得られる。固体を単離する以外に、ろ過は精製段階でも行われる、すなわち、溶媒に可溶な不純物がろ液として除去される。この装置は液体を精製するためにもよく使用される。溶媒に可溶な合成生成物をろ過すると、不溶物(触媒、不純物、反応の副生成物、塩など)がろ紙上に残る。この場合、吸引ろ過は自然ろ過よりも効率的で、より多くの液体が回収され、収率が向上する。

タイトル: エマルション
解乳化とは、乳化の逆をいう。つまり、エマルションになっている系を、積極的に安定な相分離系へ移行させるプロセスをいう。利用としては、原油にエマルションとして含まれている水の分離や、下水中にエマルションとして含まれている廃油の分離などがある。

タイトル: 正浸透
溶質にアンモニアと二酸化炭素からなる化合物が使われる場合が多く「アンモニア二酸化炭素FOシステム」と呼ばれている。この溶液を、例えば常圧で60°Cに加熱することで、溶質をアンモニアや二酸化炭素などのガスに変換して除去することができる。除去された溶質は、再び溶質に戻して再利用する。この場合、溶質の除去に必要な熱は少量で済むため、コジェネレーションなどの余熱を利用することで、逆浸透を使うよりもエネルギーコストを減らすことができる。この技術の欠点は、溶質の完全除去が難く、水質の高い純水を得にくいことである。また、現在の技術では半透膜の透水性が低いため、処理速度が遅いことも挙げられる。イギリスのモダン・ウォーター社がオマーンとジブラルタルに、正浸透技術を使った淡水化プラントを設置している。半透膜を使った塩分濃度差発電は正浸透の利用技術の一つである。

タイトル: 晶析
水を含む各種の溶媒に対し、各々の物質が溶解できる量はその物質固有の値を持ち、これは温度により変化する。ある温度で一定量溶解していた物質を、溶液の温度を上げ下げすることで溶解度の低い状態にし、その物質が溶けきれなくさせることで溶液と目的物質を液体と固体という形で分離するものである。溶液側に目的物質が残留しやすい反面、固体側は純度の高い物質が得られる。また、この他の分離工程である乾燥でも同等の分離が行えるが、乾燥と違い多成分溶液の単物質分離が行えること、温度上昇による物質の変性を回避できること、潜熱を利用しないためエネルギーコストが低いことが有利な点として上げられる。

タイトル: 重溶媒
重溶媒(じゅうようばい、deuterated solvent)は、溶媒分子に含まれる水素原子の一部または全部を重水素に置き換えた溶媒のこと。「重水素化溶媒」と呼ばれることもある。

タイトル: 塩化水素
ルブラン法が炭酸ナトリウム(炭酸ソーダ)生成の主な方法であった頃はこのガスが問題となっていた。

タイトル: 固体化学
この方法を応用すると、熱重量分析機(TGA)のような測定装置内で反応を起こすことができる。この場合、生成物の特定に有用な化学量論的情報が反応の間に手に入る。気相法の特別な場合として、化学輸送法がある。多くの場合、ヨウ素のような輸送剤が少量加えられた密閉アンプル内で行われる。その後、アンプルをリフロー炉に入れる。ここでは温度勾配を与えることができる二つの繋がった管状炉が必要になる。この方法は、X線回折による構造決定に適した単結晶を生成物として得るために用いられる。化学気相成長法は、膜や半導体を前駆体分子から作る際に広く用いられている高温法である。固体の多くは吸湿性かつ酸化されやすい、またはそのどちらかが当てはまる。多くのハロゲン化合物は非常に水と反応しやすく、乾燥または無酸素のどちらかないし両方を満たす気体を充填したグローブボックスにおいて、無水の条件下でのみ実験を行うことができる。

タイトル: Folch法
Folch法は、分配抽出の一種。物質の溶媒ごとの極性の差を利用し、水層に溶けやすい物質、有機溶媒に溶けやすい物質に分離する。有機溶媒に粉砕した試料を投入して均質化した後、3層(上層:水相、中層:フラッフ、下層:有機溶媒)に分けて下層を取り出し、有機溶媒を処理して目的の物質を取り出す。分配抽出の中では古くからある手法で、Folch法の改良(主に適用できる試料を広げるため)としてBlighDyer法などがある。

タイトル: 消化ガス
二酸化炭素は、下水処理場内で消費する場合には除去しないこともあるが、自動車燃料や都市ガス原料などとして高度利用する場合には、吸収塔内で消化ガスと下水処理水を気液接触させる湿式吸収法、または高圧にした水へのメタンと二酸化炭素の溶解度の差を応用した高圧水吸収法で除去する。下水由来の消化ガスでは、生活廃棄物や畜産系のバイオガスに比べ、豊富な水を利用しての処理がしやすい特徴がある。硫化水素は、酸化鉄に通するなどの脱硫方法が採られるが、上記の二酸化炭素除去の水処理によっても除去されるほか、硫黄酸化細菌の利用も研究されている。シロキサンはシャンプーや化粧品などに含まれるシリコンオイルに起因するものであり、燃焼により生じる二酸化ケイ素がエンジンの点火プラグや触媒、ボイラーの排気管などに堆積して機能を損なうことから除去は必須であり、吸着材で除去するなどの方法が採られる。

タイトル: 直接空気回収技術
DACの実用的なアプリケーションは次のとおり。これらのアプリケーションでは、捕捉されたガスから形成されるさまざまな濃度のCO2生成が必要である。CCSには、純粋なCO2 製品(濃度> 99%)が必要だが、農業などの他のアプリケーションは、より希薄な濃度(〜5%)でも用途となりうる。ただし元の大気中のCO2濃度が0.04%程度と薄いため、濃縮には多くのエネルギーとコストが必要となる。

タイトル: 水性ガスシフト反応
このようにC1化学においては、一般的でかつ重要な反応である。水蒸気改質を行う場合、炭化水素の分解に非常に大きな吸熱が生じるため、水性ガスシフト反応を含めた全体としての反応は吸熱反応となる。500°Cを超える領域では、平衡が反応物側に偏っており、平衡を生成物寄りにするには更に低温での反応が望ましい。しかし、低温では反応速度は低下する。そのためシフト反応には一般的に触媒が用いられる。工業的には酸化鉄(Fe3O4(マグネタイト))等の遷移金属酸化物が用いられるが、その他白金等が用いられることもある。シフト反応の逆反応を逆シフト反応と言うことがある。なお、この反応はギ酸を反応中間体として進行すると考えられている。

タイトル: 理想溶液
また、これらと深いかかわりを持つ、理想混合気体についても述べる。

タイトル: グロッタス機構
大気化学上重要な二酸化硫黄の水和や硝酸塩素の加水分解、オゾンホールに関連する重要な反応群において、前述のグロッタス類似機構が重要と考えられている。

タイトル: 液体水素
液体水素(えきたいすいそ)とは、液化した水素のこと。沸点は-252.6°Cで融点は-259.2°Cである(重水素では、沸点-249.4°C)。水素の液化は、1896年にイギリスのジェイムズ・デュワーが初めて成功した。

タイトル: 残留塩素
不連続点塩素処理(遊離残留塩素を使う)と結合塩素処理(結合残留塩素を使う)のどちらが殺菌または消毒法として好ましいかは、安全性から観れば水中に含まれ得る不純物の量や構成によって異なるため一概には言えないが、少なくとも経済性から観れば少ない塩素注入量で済む方が効率的であるし、飲料水としての水道水中に塩素化合物が増えることは少なくとも好ましいとは言えないであろう。このため、上水道ではアンモニアやその化合物をはじめとする不純物が極力含まれないような水源を選ぶと共に、その水源を行政・地域住民・土地管理者が協力して保全し、こうした不純物を混入させないようにしてゆく取り組みが大切であるとされる。なお、クリプトスポリジウムなど一部の原虫は、オーシストと呼ばれる酸化に強い膜に覆われて水中を漂うため、残留塩素ではなく浄水場でのろ過処理で除去する必要がある。

タイトル: 液体呼吸
より簡便な方法はヘリオックス (heliox) やトライミックス (trimix) のように、窒素をヘリウムで置換した混合ガスを使用することである。しかし、ヘリウムは体組織中に溶け込むため減圧されたときに気泡を発生させるのは窒素と同様であり、この方法でも減圧症の問題を解決することはできない。肺を液体で満たせば、気体で満たされていた場合に必要だったような膨大な量の気体で分圧を維持させることなく体内の圧力を水圧変化に対応させることができるようになる。高分圧での気体の使用を撤廃することにより、体組織の高圧の窒素やヘリウムによる飽和を防ぐことができ、ゆっくりとした減圧など減圧症を回避するための手間がなくなる。潜水する哺乳類は、一呼吸で深いところまで潜る人間の素潜りと同様に、水面まで急速に戻っても減圧症を起こすことはほとんどあるいは全くない。

タイトル: 共洗い
液体を容器に採り、当該の液体に対する化学的分析を試みる場合に、液体採取に先立って行われる作業であって、もっぱら次のような手順で実施される。

タイトル: ケルダール法
河川湖沼水のように試料の窒素含有量が低い場合は、試料をケルダール法で分解後、希硫酸を捕集液として水蒸気蒸留を行い、インドフェノール法で留出液中のアンモニアを定量する が、後述のように、アゾ化合物やニトロ化合物を含む場合はケルダール法を適用できない。