ガソリンの中にはブタン(沸点-0.5C)が混じっているようなのですが、なぜブタンは蒸発せずに、製油所→ガソリンスタンド→車のタンク、と移動できるのですか。常温だと、すぐ蒸発してしまいそうなのに・・・

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  • 登録:2004/01/06 12:48:35
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回答(5件)

id:gasto No.1

gasto回答回数40ベストアンサー獲得回数12004/01/06 13:04:23

ポイント20pt

http://www.youdocan.ne.jp/gas11.html

アウトドアで使うガスカートリッジの話

このページにも書いてありますが、LPGは圧力をかけると常温でも液化しますから、輸送中やガソリンタンクの中でもある一定以上の蒸気圧であればそれ以上は気化しないと思われます。ブタンもLPGの成分の一つですから同様のことがいえると思います。

id:yelloeknife

確かに、アウトドア用のガスカートリッジは密閉空間に押さえ込まれていますから、温度を下げてしまったり圧力を高めてしまえば、使用済みの瞬間まで液化したままでいられると思います。

一方、ガソリンの場合、常温かつそれほど密閉空間でもない場所(例えばガソリンスタンドの地下タンクは15度前後で、また外気への通気管もある)を移動していくわけですから、どうやったら、ユーザーである僕たちの車までやってこれるのかなと、不思議なのです。

ガソリン組成を眺めていると、単体レベルではブタンは他の物質と比較して揮発しやすい(蒸気圧が高い)ので、何か有機化合物同士が存在すると化学的にこんな結合をするとかあるのでしょうか?というか、そもそも油に油は溶けるのですか?

2004/01/06 13:19:44
id:gasto No.2

gasto回答回数40ベストアンサー獲得回数12004/01/06 13:09:43

先ほどの答えに追加です。給油中に多少蒸発するとは思われますが、水を考えていただければ分かりますが、沸点に達したからといってすべての液体が一気に気体には変化しませんから給油中にブタンがすべて蒸発してしまうこともないはずです。

id:yelloeknife

いや、おっしゃることは分かるのですが、kiss-net (http://www.k-erc.pref.kanagawa.jp/)によると、ブタンは蒸気圧 2026hPa (@18.8℃)なので、常温だったらものすごい勢いで揮発しちゃいますよねぇ。このあたりが謎なのですよ。

2004/01/06 13:25:55
id:match7 No.3

match7回答回数31ベストアンサー獲得回数02004/01/06 13:27:22

ポイント25pt

URLはダミーです。

どのくらいの学年・専攻の方なのか分からないので簡単に説明すると、

他の有機溶媒に溶けてると考えると分かりやすいです。

例えば、コーラ。

二酸化炭素が水に溶けてますよね??

何で二酸化炭素は蒸発しないんでしょう??

水に溶けてる酸素でも同じです。

エントロピーとかエンタルピーとか物理的にはそういう話ですが、

ようは、(コーラの例だと)

「空気中で二酸化炭素が拡散しているより、水中にある方がエネルギー的に安定」

であるということです。ある程度の二酸化炭素量ならば。

高校で習うラウールの法則のように、温度が低い方がエントロピーが効いて来ないので、

水に溶けてる方が安定ってことです。(他にも圧力等々が効いてきます。)

同じように、

ブタンも、ある程度の量までは、空気中に拡散するより、

他の有機溶媒に溶けている方が安定だってことです。

もちろん、

開放系で放置していると、

ブタンがより多く蒸発していって最後にはほとんどブタンが無くなるとは思いますが、

ある程度密封した状況下では、やはり、他の有機溶媒に溶けたまま残っていると考えられます。

id:yelloeknife

ご回答、ありがとうございます。

混ざり合っている方がエントロピーが増大しているから、単体でいるよりもより揮発しにくいということなのでしょうか。なんとなく分かったような気もします。

一点確認なのですが、手元の理化学事典によると、ラウールの法則は不揮発性のものに適用、とあるので、ブタンは適用不可能なのでしょうか。

2004/01/06 14:11:10
id:aki73ix No.4

aki73ix回答回数5224ベストアンサー獲得回数272004/01/06 13:40:52

ポイント20pt

URLはダミーです

発想の転換で、液体のブタンではなく気体のブタンがガソリンに溶けていると考えるのはいかがでしょうか?

実際、昇華点約−78度の二酸化炭素も通常の水に大量に含まれています。これと同じではないでしょうか

id:yelloeknife

うーん、自信は無いのですが、「液体が溶けているor気体が溶けている」というのは、エネルギー的には違いがあるかもしれませんが、物質的には同一ですしあまり本質的な話ではないような気もするのですが・・・。すみません、もう少しこの説の確証がほしいところです。

2004/01/06 14:20:39
id:JunK No.5

JunK回答回数707ベストアンサー獲得回数182004/01/06 13:43:58

ポイント25pt

>ブタン 0.02790ml/ml(水,25℃)

考えられるのは2点あります。1つは混合物が共沸点を示す事、次は気体ブタンの溶解です。

分留によって精製することからもガソリン(組成物)とブタンとが共沸するとは思いがたいです。

気体ブタンの溶解は、例えば「沸点−183℃の酸素は常温常圧かでは気体ですが、水と混合させたら、溶解して水の中で存在している」事を考えれば解るかと思います。これは酸素が水と親和しやすいため、安定化(水和)したと推察されます(H-O・・・O-O)。

同様にブタンも同族であるアルカンに囲まれて、安定化していると思われます。

残念ながら有機化合物への溶解度が見つかりませんでしたが、手元の教科書によると18.13ml/ml(アルコール)となってます。ガソリン組成物(C5〜C10のアルカン,シクロアルカン)はよりブタン(C3)と近いので、もっと溶解しやすいことが予想されます。この程度は常温常圧下で溶解して存在できます。

id:yelloeknife

ご回答、ありがとうございました。溶解しやすいというのはそうなのかもしれませんね。安定化のところなのですが、水は極性もあるし水素結合もあるから「水和」ができると思うのですが、アルカンも同じような力が働くのでしょうか。極性はなさそうなので、水素結合だけで手をしっかりと握っているのでしょうかね。

いずれにせよ、みなさんの回答をまとめると、ガソリン中にあるブタンは、単体として存在しているブタンよりも遥かに揮発しにくいということが分かりました。いろいろありがとうございました。

2004/01/06 14:38:37
  • id:JunK
    溶解状態からの気化に関する雑考察

    液体ブタンが気体ブタンになるには、ブタン・・ブタン間の結合力(ファンデルワールス力)を断ち切り、一個の分子として存在できるようにする必要があります。常圧下でそのエネルギーに相当する温度が沸点です。

    では、ブタンがガソリン中に存在している場合はどうでしょう。まず、ガソリンに溶解することを考えなくてはいけません。ブタン・・ブタンに働く結合力よりもブタン・・ガソリン間に働く結合力の方が強い場合には、その方が系全体のエネルギーが少なくて済むので、ブタンはガソリン中で分離して存在するよりも溶解して存在します(普通は余分なエネルギーを溶解熱として放出します)。

    この状態からブタンが気体として存在させるには、ブタン・・ガソリン間の結合を断ち切るだけのエネルギーを必要とします。このエネルギーは、ブタン−ブタン間の結合よりも溶解エネルギー分だけ余分に加えなければなりません。そのため温度で表すと、ブタンの沸点よりも高温になります。

    これが何度になるか・・・多分50℃以上になれば説得力が増すかと思いますが、手元にデータがないので解りません。化学便覧に載っているかと思います。溶解エネルギー当たりから理論計算は可能かと思います。


    尚、ブタンは、C4H10 なので水素結合も水和もしません。故に極性溶媒には殆ど溶けません。ガソリンは、CnHn+2でブタンと同じ系統の化合物です。なので親和性が良く、溶けます。この場合はファンデルワールス力等の力によると思われます。
  • id:yelloeknife
    yelloeknife 2004/01/06 19:43:53
    Re:溶解状態からの気化に関する雑考察

    質問者です。

     ブタンがガソリン中に存在するのは、ガソリン成分とブタンの分子間にVan der wals 力が働き、弱い分子結合が生じているために、ブタンが単独で存在するよりもガソリン中から抜けにくくなっているということなのですね。

     ご礼になるかわかりませんが、分子間結合の種類について説明しているページを見つけたので書いておきます。


     色々勉強になりました。ありがとうございました。

    http://www2d.biglobe.ne.jp/~chem_env/bond/bond1.html

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