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: 上方置換
上方置換(じょうほうちかん)とは、気体の捕集法の一つである。水に溶けやすく、空気より軽い水素やアンモニアなどを気体の捕集に主に用いられる。ただし水素は引火性があるため基本的にこの方法は用いられず、水上置換で集められることが多い。

タイトル: 上方置換
空気より軽い気体であれば上方置換で集めることが可能であるが、水に溶けにくい性質を持っているなら水上置換の方がより純度を高くして集めることができる(ただし、集めた気体は水蒸気を含む。)

タイトル: 下方置換
下方置換(かほうちかん)とは、気体の捕集法の1つである。主に水に溶けやすく空気より重い気体の捕集に用いられる。気体の発生口を容器の奥のほうに入れる。そして発生口から出る気体を容器に集める。このとき容器の口は上に向けておく。この方法では空気の混入があるため、容器の口から気体が出てくるまで集めることで空気の混入割合を少なくするが、空気の混入は避けられない。また、無色の場合気体の捕集量も分かりにくい。下方置換法で集める気体は、塩化水素・二酸化炭素・塩素・二酸化硫黄・硫化水素、フッ素などがある。

タイトル: 水上置換
この方法で集められる気体としては、一酸化窒素・一酸化炭素・水素(上方置換でも集められるが、引火性があるため基本的に水上置換が用いられる)・酸素・窒素などが挙げられる。二酸化炭素は下方置換で集められるが、水に対する溶解度が低いため中学生レベルの実験では水上置換を用いることもある。有機性の気体はほとんど水に溶けにくいため水上置換で集められることが多い。

タイトル: 上方置換
気体の発生口を容器の奥の方に入れる。そして発生口から出る気体を容器に集める。このとき容器の口は下に向けておく。この方法では空気の混入があるため、容器の口から気体が出てくるまで集める。気体の捕集量は分かりにくい。毒性の強い気体は吸引の可能性があるのでこの方法はあまり用いられない。気体が塩基性や酸性などと分かる場合、容器の口の辺りに水で湿らせたリトマス試験紙を近づけると気体が容器を満たしているかどうかわかるので基本的にこの方法を用いる。この方法で集めた気体はあまり純粋でないので精密な実験には使わない。

タイトル: 水上置換
水上置換(すいじょうちかん)とは、気体の捕集法の1つである。主に水に溶けにくい気体の捕集に用いられる。しかし、少し水溶性があっても、気体の毒性や引火性が高い場合はこの方法を用いることもある。水槽などに水を入れ、気体の発生口をその中に入れる。はじめに発生口から出る気体は、気体を発生させる装置内の空気なので、しばらく待ってから気体を容器に集める。このとき容器の中は水で満たしておく。この方法では空気の混入も少なく、気体の捕集量の計測にも使われる。厳密には蒸気圧に応じて、多少の水蒸気が混入してしまうが、他の気体の捕集法に比べて純度の高い気体が得られるので、実験室レベルでは好んで用いられる。これは、イギリスの生理学者スティーヴン・ヘールズが考案した。

タイトル: 直接空気回収技術
アルカリおよびアルカリ土類水酸化物による苛性化、炭酸化 、および多孔質吸着剤に担持されたアミンからなる有機-無機ハイブリッド吸着剤などの研究が進んでいる。CO2 を透過させる半透膜に圧力をかけることで、CO2を選択的に濾し取る方法。この方法は水をほとんど必要とせず、設置面積も小さくなる。

タイトル: 加圧浮上法
加圧浮上法(かあつふじょうほう)とは、主に水処理で用いられる処理方法の一つで、水の中に空気による微細な気泡を大量に発生させ、これを浮遊物質を含む水に混合して浮遊物質を捕えさせた後、気泡の浮力を利用して浮上させることにより、水から浮遊物質を取り除くものである。実際には予め、微細な浮遊物質や水中に溶解している物質を凝集剤を使って凝集させてから加圧浮上法を行う場合が多く、まとめて凝集加圧浮上法(ぎょうしゅう-)と呼ぶのが正しいが、業界では殆ど加圧浮上法と同義とされる場合が多い。

タイトル: 溶媒抽出法
溶媒抽出法(ようばいちゅうしゅつほう、Solvent Extraction Method)または液液抽出(Liquid–liquid extraction)は、水と油のように互いに混じり合わない二液間における溶質の分配(どちらに溶けやすいか)を利用した分離・濃縮方法である。抽出方法のひとつ。分離工学の一つである。

タイトル: 溶存無機炭素
全無機炭素の量は、試料を酸性にすることによって上記の平衡を左に偏らせ、二酸化炭素に変換したうえで行う。二酸化炭素は気体として放出されるのでこれを捕集し、赤外分光法などによって定量する。

タイトル: 二酸化炭素回収・貯留
二酸化炭素を炭酸塩として固定する手法。アルカリ土類金属であるカルシウム塩やマグネシウム塩を利用するものと、珪酸塩やアルミン酸塩の風化を促進させてこれを利用するものがある。

タイトル: 水処理
塩水を処理して新鮮な水を得ることができるが2つの主な方法、すなわち逆浸透または蒸留がありどちらの方法も地表水の水処理よりも多くのエネルギーを必要とし、通常は沿岸地域や地下水などの水の塩分濃度が高い場所でのみ活用されている。

タイトル: 固体化学
溶融法は、反応物質をまとめて融解し、その後凝固した融解物を焼き戻す方法のことである。揮発性物質がある場合は、反応物質を真空にしたアンプルに入れ密封する。この作業はしばしば、アンプルの底を液体窒素に浸す等の方法で反応物質を低温に保ちながら行われる。密封されたアンプルは炉に入れられ、一定の熱処理が加えられる。沈殿や蒸発乾燥によって固体を調合する際に、溶媒が用いられることがある。通常の沸点より高温で圧力をかけるという形で、溶媒はしばしば熱水的に使われる。このテーマの応用としては、熱流束法の利用がある。そこでは、望ましい反応が起こる高温溶媒として比較的融点が低い塩が混合物に加えられる。多くの固体は塩素やヨウ素や酸素などの反応性の高い気体と盛んに反応する。他の固体は一酸化炭素やエチレンなどの気体と付加物を形成する。このような反応は両端が開いており気体を通じることができる管の中で行われる。

タイトル: 吸引ろ過
吸引ろ過(きゅういんろか)は、 液体から固体を分離するために使用される高速ろ過技術である。減圧ろ過とも呼ばれる。

タイトル: 液ガス比
より溶解しやすいガスは、液量が少なくてすむ。またより溶けやすいガスは、より早く吸収される。

タイトル: 正浸透
水から半透膜を使って溶質を取り除く分離操作(英語版)も、正浸透技術の一つである。処理したい溶液に半透膜を介してより高濃度の溶液(ドロー溶液という)を触れさせ、処理したい溶液から水を吸い取る。そして、水を吸い取った高濃度の液から何らかの方法で溶質を取り除き、純水を得る。この技術に用いるドロー溶液の溶質には、除去が容易なものが用いられる。例えば、温度で溶解度が大きく変わる硝酸カリウムなどの無機塩、磁力で分離可能なマグネトフェリチン、低温でガス化するものなどである。最後の例として、炭酸水素ナトリウムと水酸化アンモニウムの混合物を使い、水を吸い取った後の溶液を加熱して、溶質を二酸化炭素ガスとアンモニアガスに分解する方法などが提案されている。この技術の主要課題テーマの一つは、ドロー溶液の開発である。

タイトル: ガス吸収
ガス吸収(がすきゅうしゅう、英: gas absorption)とは、気体原料と液体分離剤を接触させ、溶質ガスを液体へ移動させる操作である。溶質ガスが物理的に溶解する場合を物理吸収、酸性ガスをアルカリ溶液で処理するなど化学反応を利用する場合を化学吸収という。また、ガス吸収とは逆に原料液中の揮発成分をガス中に追い出す操作を放散という。

タイトル: 固体化学
通常、乾燥した気体として窒素が用いられる。

タイトル: 抽出
通常、有機溶媒は水よりも密度が小さく、二層に別れたとき上層に来るのが有機層であり、下層に来るのが水層である。ただし、ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒は水よりも比重が大きいので下層となる。有機溶媒に可溶な化合物の回収を目的とする場合の主な手順は次のようになる。分配係数のため一般に同じ量の原料から、同量例えば100mlの溶媒で1回抽出する(ある計算では4g得られるとする)より、回数を増やし50mlで2回抽出する(3gと1.5gの計4.5gとする)、33.3mlで3回抽出(計4.7gとする)する方が抽出される量は増加するが、当然手間は増えることになり兼ね合いである。酸塩基抽出では、酸塩基反応を用いて、物質を分離する。平衡定数 pKa が用いられる。

タイトル: 超臨界流体クロマトグラフィー
二酸化炭素と混じり合う液体なら、カラムや装置に悪影響を与えない範囲で各種のものが使用され、主にアルコール類、その中でもメタノールがよく用いられる。その他、アセトニトリル、ジクロロメタンなど HPLC で使用される溶媒を用いることができるが、水は二酸化炭素に対し難溶であるためほとんど使用されない。 また、超臨界二酸化炭素は加圧の度合により極性が変化するため、移動相に二酸化炭素のみ使用し、圧力の変化により分析を行う例もある。

タイトル: 水素貯蔵
水素貯蔵(すいそちょぞう)の方法は、高圧、極低温、水素吸蔵、及び化学変化の4つの方法が存在する。

タイトル: 浸硫処理
主なものとして、塩浴法(英:Salt bath heat treatment)のほか、処理剤に気体や固体を用いる方法がある。

タイトル: フラッシュ蒸留
フラッシュ蒸留(フラッシュじょうりゅう)は、気体と液体の分離手法。平衡フラッシュ蒸留ともいう。減圧下で原液の一部を蒸発させ、気相と液相を平衡にした状態(気液平衡)でおこなう。絞り弁または装置が圧力容器の入口に配置されており、フラッシュ蒸発が容器内で発生する場合、その容器はしばしばフラッシュドラムと呼ばれる。

タイトル: 酸塩基抽出
通常、混合物は、ジクロロメタンやジエチルエーテル等の適した溶媒に溶かし、分液漏斗に注ぐ。酸または塩基の水溶液を加え、水相のpHを目的の物質が望みの形で得られる範囲に調整する。攪拌して相分離させた後、目的の物質を含む相を集める。さらに反対のpH範囲でこの手順を繰り返す。手順の順番は重要ではなく、繰り返すことでより純度を上げることができるが、最終的に溶媒を蒸発させて生成物を得るため、最後の段階では、目的の物質を有機相に溶解しておくことがしばしば行われる。

タイトル: キップの装置
キップの装置(キップのそうち)は、実験室で少量の気体を発生させる際に使用する装置。19世紀に活躍したオランダの化学者ペトルス・キップ (Petrus Jacobus Kipp) によって発明された。固体の化学物質と、液体の化学物質を反応させて、気体を発生させるときに用いられる。硫化鉄と硫酸から硫化水素が、炭酸カルシウムと塩酸から二酸化炭素が、適当な金属と酸から水素が、さらし粉と塩酸から塩素が、それぞれ得られる。ガスボンベを使用するよりも簡便に、必要な分だけ気体を発生させることができる。

タイトル: 分離工学
分離操作には、相平衡を利用して分離する方法(これを平衡分離という)と速度差を利用して分離する方法(これを速度差分離という)とがある。平衡分離には、蒸留やガス吸収、抽出などがあり、速度差分離にはクロマトグラフィーや電気泳動などがある。 どの分離操作を用いるのが良いかは、そのケースごとに異なるが、例えば、2成分液ー液系の混合物であれば、蒸留や抽出を考えるのが普通である。また、この混合物の2つの成分の相対揮発度が大きければ蒸留操作では分けやすいといえるし、2成分が水と油のように溶解度が違う場合は抽出操作を用いるのがよいといえる。

タイトル: ガス吸収
代表的なガス吸収装置としては、などがある。これらに並流または向流で気体と液体を流す。気体流量には限界流量が存在し、液の自由な流下を妨げ始める段階(ローディング点)と液が流下できなくなる段階(フラッディング点)という。工業的にはローディング点近傍で運転される。

タイトル: 液体空気
液体空気(えきたいくうき)とは、空気を低温にして得られる液体。法規上では液化空気と呼ぶ。

タイトル: 水処理
一般にサイズの大きい浮遊物質が最も処理しやすく、小さいコロイドや溶解物質は処理に手間がかかる。

タイトル: 液体空気
空気を圧縮または冷却して液化したもの。わずかに青みを帯び、沸点は1気圧下でセ氏零下約190度。放置すると沸点の低い窒素が先に蒸発し、あとに酸素が多くなるため、工業的に窒素と酸素を得るのに利用している。また、沸点の違いを利用して、液体空気から窒素・酸素・希ガスなどが得られる。

タイトル: 移動水素化
移動水素化(英語:Transfer hydrogenation)は無機化学あるいは有機金属化学において2個の水素原子が分子に付加する反応のうち水素源として気体の水素分子(H2)を用いない反応である。有機合成化学では、気体の水素が高価で扱いづらいため、工業的に広く利用されている。移動水素化を大きなスケールで利用している例としてテトラリンのようなドナー溶媒を用いた石炭液化がある。

タイトル: 直接空気回収技術
ほとんどのDACの商用技術において、周囲の空気を通気させるために大きなファンを必要とする。ファンを用いない方法を用いる場合もあり、最近では、アイルランドを拠点とする企業であるCarbon Collect Limited 、がMechanicalTreeTMとよばれる自然風を用いた回収装置を発表している。2022年現在商業化されている回収方法としては、液体溶媒(通常はアミンベースまたは苛性アルカリ)をCO2吸収剤として用いるのが一般的である。 たとえば、一般的な苛性溶媒:水酸化ナトリウムはCO2 と反応し、安定した炭酸ナトリウムを沈殿させ、炭酸塩は加熱することで高純度のガス状CO2を放出することができる。 加熱にはエネルギーを要するため、未利用の熱源を用いることが望ましい。

タイトル: カール・フィッシャー滴定
カール・フィッシャー滴定は以下の点で他の方法と比べ優れるとされる。水分分析において、加熱による乾燥減量法と比べカール・フィッシャー滴定が特に優れる点として、水への選択性の高さが挙げられる。乾燥減量法では揮発性成分をすべて区別なく検出するためである。

タイトル: 加湿器
気化式は、常温の水を蒸発させることにより加湿を行うものである。上水を使用することが定められている。また、不使用時のエレメントの乾燥や定期的な清掃が必要である。エネルギーの使用量が少ない。気化熱により温度が低下するために内部発熱の大きな用途に適する。または低温排熱を利用することも可能である。水噴霧式より制御性は悪いが、空調機組込型の場合消費電力が小さいためオフィスビルの空調等で広く採用されている。また、近年では空気清浄機に組み込まれるケースも増えている。

タイトル: 固溶体
固溶体には、溶質原子の入り方によって、置換型固溶体と侵入型固溶体の2種類がある。

タイトル: 酸水素ガス
混合比率が 2:1 でない場合や、窒素のような不活性気体が混ざっている場合、熱がより大きな体積へ拡散するため、温度が低くなる。

タイトル: 空気分離装置
空気分離装置のプロセスには下記の3種類が実用化されている。なお、各プロセスのシェアは2010年代において、深冷分離、吸着分離、膜分離の順に高い。

タイトル: 半反応式
酸性および塩基性条件では半反応式に H または OH が含まれる場合でも、多くの場合では全反応式には二つのイオンが結合して水 H2O のみが得られる。

タイトル: 水中溶接
湿式法と乾式法に分けられ、乾式法はさらに大気圧法と高圧法がある。

タイトル: ガス交換
ガス交換(ガスこうかん、Gas exchange)とは、呼吸器官により体内に酸素を取り入れ、体内から二酸化炭素を排出することである。なお、ヒトにおける外呼吸は「肺でのガス交換」とほぼ同じ意味を持つ。

タイトル: 水性順相クロマトグラフィー
水素/重水素交換質量分析 (Hydrogen-deuterium exchange mass spectrometry, HDX-MS)では重水素逆交換の抑制に低pH・温度やオンライン消化カラムなどが主に用いられている。前述のとおりANPはほぼ無水状態での極性溶質の分離が可能な為、移動相中の水を減らす事でLC内での逆交換の抑制が可能である。

タイトル: 凝縮
凝縮は一般的に、蒸気がその飽和限界まで冷却されたり圧縮されて気体の分子密度が上限の閾値に達する際に発生する。凝縮された液体を集める蒸気冷却および圧縮装置は凝縮器(水の場合は復水器)と呼ばれる。

タイトル: 蒸発熱
液体や固体は、気化するときに周りから熱を吸収する。この吸熱作用を利用した技術の例を以下に挙げる。

タイトル: カストナー法
この反応によって発生した水素ガスが(P)に溜まり、この水素ガスもまたプロセスの効率を低下させる。

タイトル: SN2反応
一般に、この反応では溶媒効果のあるなしにかかわらず、気相中での反応と溶液中での反応は同じ傾向を示す。

タイトル: 空気液化サイクルエンジン
極超音速輸送機や、スペースプレーンにおいて大気圏内での比較的低速での飛行時に、燃料である液体水素によって流入空気を液化して、それを酸化剤として利用する。熱交換器の伝熱性能が中核技術で、熱交換器の開発と燃焼試験も行われた。

タイトル: 固相抽出
次のようないくつかの原理(または複数を組み合わせたもの)に基づくものがある。極性の固定相を使い、分子がその極性により固定相に吸着されるのを利用する。極性の高いアルミナ、シリカゲル、フロリジル(ケイ酸マグネシウム)、またシリカに短い炭素鎖を介して極性官能基を結合したものが用いられる。非極性または弱極性の溶媒に溶解したサンプルを流すと極性化合物が固定相に吸着される。これは強極性の溶媒により溶出される。非極性の固定相を使い、溶質が移動相と固定相との間で分配されるのを利用する。固定相の表面に長い炭化水素鎖やフェニル基を結合させたものが多く用いられ、また用途により活性炭なども用いられる。使用前には非極性・弱極性溶媒を流してコンディショニングを行い、次いで強極性溶媒(水・緩衝液など)を流して平衡化する。