気体を乾燥させるためには、その性質に適した乾燥剤を選ぶ必要があります。乾燥剤の選択を間違えると、気体が乾燥剤と反応してしまうため注意が必要です。本記事では、乾燥剤の種類と、それぞれに適した気体の選び方について解説します。
目次
代表的な乾燥剤とその性質
乾燥剤には、大きく分けて酸性・中性・塩基性の3種類があります。それぞれの代表的な例を紹介します。
① 酸性の乾燥剤
酸性の乾燥剤は、アルカリ性の気体と反応してしまうため、それらの気体の乾燥には使用できません。
代表例：
- 濃硫酸（\(\ce{H2SO4}\)）
- 吸湿性が非常に強い（特に水との親和性が高い）。
- 酸化力があるため、還元性のある気体（\(\ce{H2S}\) など）とは反応してしまう。
- 適した気体：\(\ce{O2}\)（酸素）、\(\ce{N2}\)（窒素）、\(\ce{CO2}\)（二酸化炭素） など
- 使用不可の気体：\(\ce{NH3}\) → 中和反応を起こす, \(\ce{H2S}\)→濃硫酸に酸化される, \(\ce{C2H4}\)→濃硫酸に付加する
- 十酸化四リン（\(\ce{P4O10}\)）
- 強い乾燥作用を持ち、水と激しく反応してリン酸（\(\ce{H3PO4}\)）を生じる。
- 適した気体：\(\ce{O2}\)、\(\ce{N2}\)、\(\ce{CO2}\) など
- 使用不可の気体：\(\ce{NH3}\)、塩基性の気体
② 中性の乾燥剤
中性の乾燥剤は、気体の性質を選ばず多くの気体の乾燥に適しているため、汎用性が高いです。
代表例：
- 塩化カルシウム（\(\ce{CaCl2}\)）
- 吸湿性が強く、水と反応せずに水分を吸収する。
- 適した気体：\(\ce{H2}\)、\(\ce{O2}\)、\(\ce{N2}\)、\(\ce{CO2}\) など
- 使用不可の気体：\(\ce{NH3}\) → \(\ce{CaCl2}\)と反応して水和物を作る
- シリカゲル（\(\ce{SiO2.nH2O}\)）
- 多孔質で水も吸着する。ただし、気体も吸着するので気体の乾燥にはあまり使われない。
- 適した気体：\(\ce{H2}\)、\(\ce{O2}\)、\(\ce{N2}\)、\(\ce{CO2}\) など
- 使用不可の気体：\(\ce{NH3}\) → シリカゲルの\(\ce{OH}\)と水素結合してしまう。
③ 塩基性の乾燥剤
塩基性の乾燥剤は、酸性の気体と反応するため、それらの気体の乾燥には使用不可です。
代表例：
- ソーダ石灰（\(\ce{NaOH + CaO}\)）
- 強い塩基性を持つため、酸性の気体を吸収する。
- 適した気体：\(\ce{NH3}\)
- 使用不可の気体：\(\ce{CO2}\)、\(\ce{HCl}\) → それぞれ中和反応を起こす
- 生石灰（\(\ce{CaO}\)）
- 水と反応しやすく、乾燥作用が強い。
- 適した気体：\(\ce{NH3}\)、\(\ce{N2}\)
- 使用不可の気体：\(\ce{CO2}\) → \(\ce{CaCO3}\)（炭酸カルシウム）を生成
乾燥剤の使い分けの例
| 乾燥材 | 液性 | 使えない気体 |
|---|---|---|
| 濃硫酸 | 酸性 | NH3, H2S, C2H4 |
| 十酸化四リン | NH3 | |
| 塩化カルシウム | 中性 | NH3 |
| シリカゲル | NH3 | |
| ソーダ石灰 | 塩基性 | HF, HCl, H2S, Cl2, NO2, SO2, CO2 (酸性気体) |
| 生石灰 |
まとめ
気体の乾燥には、その性質に合った乾燥剤を選ぶことが重要です。
- 酸性の乾燥剤（濃硫酸など） → 塩基性の気体（\(\ce{NH3}\)）とは反応するのでNG。
- 中性の乾燥剤（塩化カルシウムなど） → 多くの気体に使用可能だが、\(\ce{NH3}\) には使えない。
- 塩基性の乾燥剤（ソーダ石灰など） → 酸性の気体（\(\ce{CO2}\) など）とは反応するのでNG。
乾燥剤を適切に選択すれば、気体を純粋な状態で使用でき、実験の精度が向上します！
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