今までの章で学んだことをもとにして，酸性雨について考えてみることにしましょう。酸性雨とはどのような雨か知っていますか？単に酸性の雨では正解とはいえません。空気には二酸化炭素が含まれているため，雨に二酸化炭素が溶ければ酸性の雨になります。でも，このような雨は酸性雨とはいいません。 　　 　この章の学習内容は，次の通りです。 （１）二酸化炭素の溶解 （２）ヘンリーの法則 （３）酸性雨 　では，二酸化炭素が水にどの程度溶けるか試してみましょう。注射器（１００ｍL）を使って実験をします。 　　 　小学校の教科書に，二酸化炭素の入ったペットボトルに水を入れて振る実験が紹介されています。 １．二酸化炭素の入ったペットボトルに水を入れてよく振ると，ペットボトルはどのようになりますか。 変形する ２．１の理由を説明しなさい。 二酸化炭素の一部が水に溶け，ペットボトル内の圧力が小さくなったから。 　二酸化炭素は結構水に溶けるのです。ただし，この実験は，炭酸飲料用のものではなく，お茶などに使われているペットボトルを使った方がよいでしょう。なぜなら，炭酸飲料用のペットボトルは耐圧設計されていて，ポリエチレンテレフタラートのシートが厚くなっているからです。

（１）　二酸化炭素の溶解 ＜実験＞ １　１本の注射器に５０ｍLの二酸化炭素を取る。 ２　もう１本の注射器に５０ｍLの水を入れる。 ３　２本の注射器をつなぐ。 ４　二酸化炭素の入った注射器のピストンを押す。 ５　水と二酸化炭素の入った注射器をよく振る。 ６　水と二酸化炭素全体の体積を調べる。 　水の体積は変わらないとする。 ７　水と溶け残った二酸化炭素全体の体積を測定する。 ８　水の体積は５０ｍLのままである。 ９　全体の体積から水の体積を引く（これが溶け残った二酸化炭素の体積）。 10　５０ｍLから溶け残った二酸化炭素の体積を引く。

よく振ると，結構二酸化炭素が水に溶けていきます。念のため，２００回くらいは注射器を振った方がよいみたいです。うまくいくと，水５０ｍLに二酸化炭素は４０ｍL程度溶けます。ちなみに，二酸化炭素の溶解度は，２０℃，１ａｔｍ（１０１３ｈＰａ）のとき，水１Lに３．９０×１０−２ｍｏｌとなっています。これを体積に換算すると，約９４０ｍLで，水５０ｍLには４７ｍL溶けることになります。

（２）　ヘンリーの法則 ＜実験＞ 　溶け残った二酸化炭素を捨て，かわりに空気を入れる。 １　注射器の中の水溶液（炭酸水）をこぼさないように注意して，溶け残った二酸化炭素をすべて出す。 ２　注射器のピストンを下げながら，空気を２０ｍL入れる。 ３　体積の変化がなくなるまで注射器をよく振る。 ４　水と気体全体の体積を調べる。 溶けている二酸化炭素の体積〔ｍL〕 溶け残りの二酸化炭素の分圧〔ａｔｍ〕 分圧/体積 １ １．０ ２ ３ ヘンリーの法則…温度が一定で，溶解度の小さい気体が一定量の溶媒に溶けるとき，気体の溶解度（質量）はその圧力に比例する。

空気を入れてよく振ると，水に溶けていた二酸化炭素が出てきます。不思議ですね。では，実験結果を確認しましょう。 　１では，二酸化炭素の体積と水の体積の和が６０ｍLになりました。溶け残った二酸化炭素は１０ｍLですから，溶けた二酸化炭素の体積は４０ｍLとなります。もちろん圧力は大気圧に等しいですから，約１．０ａｔｍです。 　２では，気体の体積と水の体積の和が８９ｍLになりました。水の体積は５０ｍL，空気の体積は２０ｍLですから，水溶液から１９ｍLの二酸化炭素が出てきたことになります。したがって，このとき水溶液中に溶けている二酸化炭素の体積は，４０−１９＝２１〔ｍL〕となります。また，二酸化炭素の分圧は，１．０×１９/３９＝０．４９〔ａｔｍ〕です。 　３では，気体の体積と水の体積の和が７９ｍLになりました。水の体積は５０ｍL，空気の体積は２０ｍLですから，水溶液から９ｍLの二酸化炭素が出てきたことになります。したがって，このとき水溶液中に溶けている二酸化炭素の体積は，２１−９＝１２〔ｍL〕となります。また，二酸化炭素の分圧は，１．０×９/２９＝０．３１〔ａｔｍ〕です。 溶けている二酸化炭素の体積〔ｍL〕 溶け残りの二酸化炭素の分圧〔ａｔｍ〕 分圧/体積 １ ４０ １．０ ０．０２５ ２ ２１ ０．４９ ０．０２３ ３ １２ ０．３１ ０．０２６ 　 　分圧/体積　の値は，ほぼ一定になりますね。 ＜発展＞ 　大気中には，０．０３４ ％の二酸化炭素が含まれています。二酸化炭素の溶解度と電離度，分圧の法則を用いて，雨水のｐＨを計算してみると，次のようになります。 　２０℃，１気圧の条件では，二酸化炭素は，水１Lに８７０ｍL溶けます。２０℃，１気圧における二酸化炭素の密度は０．００１８ｇ/cm3だから，水１Lに約１．６ ｇの二酸化炭素が溶けることになります。しかし，空気中には二酸化炭素は体積で０．０３４％しか含まれていないため，分圧は０．０００３４ａｔｍです。したがって，大気中の二酸化炭素は水１Lに０．０００５４ ｇ溶けることになります。その水溶液の濃度は，約０．００００１２mol/Lです。 　炭酸は，次の２段階で電離します。 　　Ｈ２ＣＯ３　→　Ｈ＋　＋　ＨＣＯ３−　 （電離定数：４．４×１０-7）     ＨＣＯ３−　→　Ｈ＋　＋　ＣＯ３２−    （電離定数：５．６×１０-11） 近似的には第１段階の電離だけと考えてもいいので，水素イオン濃度は次のようになります。 　水素イオン濃度［Ｈ＋］＝ｃα＝√ｃＫａ＝√（１．２×１０-５×４．４×１０-7）＝√（５．２８×１０-１２）≒２．３×１０-６〔mol/ｌ〕 　したがって， 　ｐＨ＝−log（２．３×１０−６）＝−log２．３＋６＝−０．３６＋６≒５．６ となります。すなわち，大気中に含まれている二酸化炭素の影響で雨水のｐＨは，５．６ 程度であることがわかります。酸性雨の定義がｐＨ５．６以下の雨となっている理由です。

（３）酸性雨 　大量の石油や石炭などの燃焼によって，大気中に排出される硫黄酸化物（ＳＯ２，ＳＯ３など）や窒素酸化物（ＮＯ，ＮＯ２など）が原因　 　ＳＯ３＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳＯ４ 　３ＮＯ２＋Ｈ２Ｏ→２ＨＮＯ３＋ＮＯ 　ｐＨ５．６以下の雨→酸性雨 　土壌や湖沼の酸性化 　生態系に影響 　野外の建造物や彫刻が侵される被害

環境問題を論じるためには，まだまだ化学の勉強が必要ですね。化学は生活に関係しないと考えていた人が多くいたと思いますが，この１年間で考え方は変わりましたか。いろいろと便利になった生活を送る上で，基本的な化学の知識は不可欠になっています。また，環境問題を正しく判断するためにも，化学の知識は不可欠です。 　　　 　では，この章の学習内容を確認しましょう。 １．温度が一定で，溶解度の小さい気体が一定量の溶媒に溶けるとき，気体の溶解度（質量）はその圧力に比例します。この法則を何といいますか？ ２．酸性雨とは，どのような雨のことですか？ ３．酸性雨の原因物質と考えれているものは何ですか？

答
１．ヘンリーの法則
２．ｐＨ５．６以下の雨
３．硫黄酸化物や窒素酸化物