肺のつくり

肺は、胸の中にあって、ろっ骨で大切に守られています。
肺の外側は、肋膜（ろく膜）とよばれる、薄い膜でおおわれています。

肺は、左右に分かれています。
そして右の肺は、上・中・下の3つの部分に分かれ左の肺は、上・下の2つの部分に分かれています。

肺は、肺胞とよばれる小さな袋のようなものが、たくさん集まってできています。
この肺胞は直径0.1～0.3ミリぐらいの大きさで、非常に薄い膜からできています。

そして、この小さな肺胞の1つ1つの面積を合わせるとふつう、大人で90平方メートルもあります。これは、バレーコートの半分ぐらいの広さです。

肺胞のところには、毛細血管がきています。
これは、心臓の右心室からでた、肺動脈という太い血管が肺の中で枝分かれして、細い管になったものです。

毛細血管は、再び1本の血管に集まり肺静脈という太い血管になり心臓の左心房にかえります。

肺のはたらき

気道（鼻・のど・気管）を通って、肺胞の中へ入った空気はここで酸素をとられ、二酸化炭素を受け取ります。

空気の中には、酸素がだいたい5分の1ふくまれ残りの大部分が窒素ですが、二酸化炭素も少しふくまれています。

ところが、吐き出した息を調べてみると吸い込んだ空気よりも酸素が減って、二酸化炭素が増えています。

しかし、窒素の量は、かわっていません。

このことから、肺胞では酸素が取り入れられて二酸化炭素が出されますが窒素は、取り入れられたり、出されたりしないことがわかります。

肺胞で、酸素は血液の中に取り込まれます。
このはたらきは、血液の中にある赤血球が受け持ちます。

酸素の行方

血液を試験管にとって、酸素の少ないところにおくと血液から酸素が外へ出て、暗い赤色になります。
この血液を空気に触れさせると、空気中の酸素が取り込まれるにつれて明るい赤色になります。

これは、赤血球の中にあるヘモグロビンのはたらきです。
ヘモグロビンは、酸素があれば、それと結びつき酸素が少ないところでは、酸素をはなすからです。

これと同じように、血液が体の中を周るとき酸素が少なくなったところでは、酸素をはなすので血液は赤黒くなります。

赤黒くなった血は、肺へおくりこまれ、肺胞のところで空気中の酸素を取り込んで、明るい赤色になります。

血液はまた、体を周っているあいだに体でできた二酸化炭素を取り込んでいきます。

赤黒い血は、酸素が少ないばかりでなく二酸化炭素が多くなっているのです。
この血液が、肺胞へおくられると、多すぎる二酸化炭素が外へ出されます。

こうして、肺は、いつも血液に酸素を補い多すぎる二酸化炭素を減らし、明るい赤色の血液にしてふたたび、体中のあちこちへおくるのです。

酸素の性質

酸素は、色もにおいもない気体です。
水には溶けにくく、20℃の水1立方センチにたいして
0.031立方センチしか溶けこみません。

比重は、空気を1とすると1.105です。
酸素は、物が燃えるのを、助けるはたらきをします。

空気中で物が燃えるのも、酸素のはたらきによるのですが
空気は、酸素が4倍もの窒素で薄められているので、物の燃え方も静かなのです。

酸素のこのはたらきを調べるには集気瓶に集めた酸素の中で
いろいろな物を燃やしてみるとよくわかります。

実験

①燃焼さじに、硫黄の粒か粉を少しとって
アルコールランプの炎にかざして燃やします。

空気中では、うす紫色の弱弱しい炎を出して
燃えますが、これを酸素の入った瓶の中に入れると、激しく燃えだします。

②鉄製の針金の先に小さい木ぎれをむすびつけ、この木ぎれに火をつけます。

このままでは、鉄が燃えだすことはありませんが
これを酸素の入った瓶の中に入れると鉄が激しく燃えます。

③赤く火のついた木炭の1かけらを
酸素の中に入れると、激しく燃えだします。

このような実験によって
酸素には、物を燃やすはたらきがあることがわかります。

もし、空気中に窒素がなくて酸素ばかりだったら
ちょっとマッチをすっても、激しく燃えだし
間違えると大火事になってしまうわけです。

酸素の用途

酸素は、生物の呼吸になくてはならぬものです。
それで、潜水夫や呼吸困難な病人の吸入用などに使われます。

また、酸素アセチレン炎といって酸素とアセチレンをいっしょに燃やすと高い温度の炎がでるので鉄の溶接や、切断などに利用されます。

そのほか、金属の製練や炉を使う工業にまた、口ケットの燃料などとして大量の酸素が使われます。

オゾン

乾いた酸素中か空気中で火花を飛ばさない放電を行うと酸素の一部がかわってオゾンができます。

ふつうの酸素は、2つの酸素原子が集まって、1つの分子になっていますがオゾンは、3つの酸素原子で、1つの分子を形づくっているものです。

オゾンは、特別のにおいのあるうす青色の気体で、殺菌力や漂白作用（色を白くする作用）が強くまた、酸化されやすいものに触れるとそのものを酸化して、すぐふつうの酸素にもどる性質をもっています。

このような性質を利用して空気や飲料水の消毒、油の漂白、酸化剤などとして使われています。

オゾンは、放電によるだけでなく紫外線が空気にあたるときなどにもできます。

酸素の工業的製法

酸素を大量につくるには空気中の窒素などを取り除いて酸素だけにする方法が主に使われます。

空気を圧縮して、急に膨張させると温度が下がって冷えます。

これをくりかえして、零下190℃ぐらいにすると空気の一部が液体になります。

これを液体空気といいます。

この場合、酸素のほうが先に液体になりますができた液体空気中には、窒素もたくさんまじっています。

この液体空気をゆっくり蒸発させると窒素が先に気体になって逃げあとには、純粋にちかい青い色をした液体酸素が残ります。

液体酸素を保存するにはジュワー瓶という、特別な入れ物に入れます。

また、気体にして保存するには鉄でつくったボンベという入れ物を使います。

酸素の実験室的製法

過酸化水素から酸素をつくる

過酸化水素に二酸化マンガンを触れさせると過酸化水素が分解して、酸素が発生します。

実験するときは、過酸化水素のうすい水溶液（過酸化水素水）を使います。

フラスコの中に二酸化マンガンを入れ、その上から過酸化水素水を注ぎます。
発生した酸素ば、ガラス管を通して水中で水を満たした集気瓶の中に集めます。

このとき、はじめに出てくる気体にはフラスコ内の空気がまじっているので、ある程度たまったらいちど捨てまた水を満たした集気瓶をおいて発生する酸素を集めます。

過酸化水素は、それだけでもいくらかは分解して酸素をだしますが二酸化マンガンを触媒としてはたらかせると分解が激しくなるのです。

実験室で使う過酸化水素は薬局で売っているオキシドールを用います。
オキシドールは3パーセントの過酸化水素水で、消毒用に使われる薬品です。

工業用としては、30パーセントのものもありますがこのような濃いものは激しく分解したり、皮膚につくとその部分を白くしたりするので危険です。

3パーセントの過酸化水素水200立方センチ二酸化マンガン5グラムからは約2リットルの酸素がえられます。

酸素が集気瓶にたまったら水の中でガラス板のふたをし、水中からとりだします。

酸素の比重は、空気より少し大きいのでふたをした瓶は、口を上にしておいておきます。

塩素酸カリウムから酸素をつくる

塩素酸カリウムは、無色透明の板のような結晶をした薬品です。

下の図のような装置で、試験管の中に塩素酸カリウムと二酸化マンガンを入れて熱すると塩素酸カリウムが分解して、酸素が発生します。

塩素酸カリウムだけでも、溶けるくらいに熱すれば分解しますが、触媒として二酸化マンガンを加えると早く分解して溶けないうちに酸素がでてしまいます。

塩素酸カリウムと、二酸化マンガンをまざるときは、乳鉢の中などですりあわせると爆発する恐れがありますから必ず、紙の上などで軽くまぜあわせるように注意します。

過酸化水素や塩素酸カリウムが分解しているとき、フラスコまたは試験管からでているガラス管の先にマッチの火の燃え残りをもってくると激しく燃えだして再び炎がつきます。

これは、発生する気体が酸素であることを確かめる便利な方法です。

水素と酸素の化合

水を分解すると、水素と酸素が体積で2対1の割合でできますがこれとは逆に、水素と酸素とから水をつくることもできます。

しかし、水素と酸素とを体積で2対1の割合に混ぜただけでは水はできません。
この気体に火をつけると、爆発して水素も酸素もなくなり、水ができるのです。

この実験は、大量の気体で、壊れやすい器具を使って行うと危険です。
図のような装置を使い、少量の気体で水の中で行うと安全にできます。

この装置で、ニクロム線に電気を通し気体に火をつけると、爆発がおきます。

そして、管の中を水が上がるので気体がなくなったことがわかります。

もし、水素と酸素の割合が2対1になっていないと多いほうの気体のうち、余分なものが水にかわらずそのまま管の中に残ります。

水のかわりに、水銀を入れたユージオメーターという装置を使うと水素と酸素から水ができることが観察できます。

このように、水素と酸素がはたらきあって、結びつき水になることを、水素と酸素が化合して、水ができたといいます。

化合と合成

一般に、2つ以上の物がはたらきあって結びつきもとの物とは違った、全く新しい物になることを、化合といいます。

また、化合によってできる物を化合物といいます。

化合物をつくるもとの物の割合は水が水素2体積と酸素1体積の割合でできるように化合物によって決まっています。

気体以外の物では、体積では比べられれないので重さの割合で比べますがやはりもとの物の重さの割合は決まっています。

水素と酸素を化合させて水をつくったように化合を利用して化合物をつくることを合成といいます。

私たちの身の周りには、合成によってつくられたものが実にたくさんあります。

合成樹脂・合成ゴムはもちろんのこと塩酸やアンモニアなどの薬品のほとんどが合成によってつくられています。
　

化学変化と物理変化

分解や化合でできた物は、もとの物とは全く違った新しい物です。

このような分解や化合によっておこる変化を化学変化といいます。
水が分解して、水素と酸素とになる変化は化学変化です。

これに対して、水が熱せられて水蒸気になったり冷やされて氷になったりする変化は水の状態が変化するだけであって水そのものが変化したわけではありません。

このように、状態だけが変化することを物理変化といいます。

食塩を水に溶かすと、食塩と同じように塩辛い水になりますが食塩水を蒸留すると、また食塩と水がえられます。

この物が溶けるということも物理変化です。

このことから、水は水素と酸素とからできていることがわかります。
ここでは、水素と酸素について調べてみましょう。

工業的製法と実験室的製法」

水素・酸素などの気体や硫酸・水酸化ナトリウムなどの薬品をつくるとき工場
と実験室とでは、つくる方法が違う場合があります。

工業的には、設備や原料を考えてできるだけ安くしかも大量につくる必要がありますが実験室では簡単な装置で手軽につくる必要があるからです。
　　　　　　
そこで、工業で使う方法を工業的製法、実験室で使う方法を実験室的製法といって区別します。
　

水素の工業的製法

水素の工業的製法には、水性ガスから分ける方法水の電気分解による方法、天然ガスを分解する方法などがあります。

水性ガスから分ける方法

熱したたコークスに水蒸気を通すと、コークスの炭素によって水蒸気が分解され水素と一酸化炭素の混ざった水性ガスができます。

この水性ガスと水蒸気を500℃ぐらいで作用させると一酸化炭素がすべて二酸化炭素に変わります。

これに高い圧力をかけて水で洗うと水素が得られます。

天然ガスを分解する方法

石油を分解したガスや深い井戸から噴き出す天然ガスの主成分はメタンガスです。

メタンガスと水蒸気とを混ぜて、800℃ぐらいに熱しこれを二ッケルという金属に触れさせるとメタンガスが分解して水素ができます。
　　
この分解した水素には不純物が混じっているので取り除き、精製します。

水素の実験室的製法

鉄・亜鉛・アルミニウムなどの金属に希硫酸や塩酸を注ぐと水素ができますが
ふつう亜鉛に希硫酸を注いでつくっています。

試験管に希硫酸を入れ、それに亜鉛の粒を2、3個入れると水素が泡になって盛んに出ます。

この場合、亜鉛があまり新しすぎると水素の発生がよくありませんから古い亜鉛を混ぜて使います。

水素の性質

水素には、右の表のような物理的性質があります。
そして、空気と同じように色も匂いもない気体ですべての物質の中で最も軽いものです。

実際の重さは、１リットル約0.1グラムで空気のほぼ14分の1にしかすぎません。

水素は非常によく燃えます。

水素をいっぱい入れた瓶を逆さまにして瓶の口から火のついたロウソクを入れると中に入ったロウソクの火は消えますが瓶の口では、水素がほとんど色のない炎を出して燃えます。

このことから、水素はよく燃えるが他の物を燃やす働きはないことがわかります。

水素と空気が混ざった物に火をつけると爆発しますが爆発するのは、混ざる空気の量が水素の体積の3分の1から25倍までの範囲です。
3分の1以下では水素が燃えるだけですし、25倍以上では燃えも爆発もしません。

【実験】

水素の爆発は、次のような実験で確かめることができます。

図のように、水素の発生装置から水素をとります。
試験管に水素が半分ぐらいたまったとき引き上げると水素と空気の混ざった気体ができます。

この試験管を逆さまにしたままアルコールランプの炎を近づけるとポンと音をたてます。

これが水素の爆発です。

この実験は、水素の量が多くなるほど爆発が大きくなりますから決して、大量の水素を使って実験してはいけません。

水素がもえてできる物

水素が燃えると、水ができます。
このことは、図のような装置で実験すると確かめることができます。

ビーカーについた水滴は、水素が燃えてできた水蒸気が冷えたものです。
この実験で発生装置に空気が残っていると爆発する危険があります。

それで、図のように防爆管をつけておきます。
防爆管の中には、細い銅線がつめてありここで熱を吸収し発生装置の温度が上がって爆発することを防いでいます。

また、塩化カルシウム管には、水分をよく吸収する塩化カルシウムの粒が入っていて水素に水分が混じって出てくるのを防いでいます。
　

水素の用途

水素は、酸水素炎吹管という装置で酸素と混ぜて火をつけると非常に高い温度を出して燃えます。

この炎を酸水素炎といい、炎の先は2500℃もの高い温度になります。

また、酸素アセチレン炎に水素を高速で吹き付け2万℃以上の高温をえることもできます。

また、水素は、すべての物質の中で最も軽く空気に対しても1立方メートルあたり1.2キログラムも軽いのです。

それで、気球や風船などにつめる物として使われます。
この気球は、気象観測用や広告用（アドバルーン）として利用されています。

しかし、水素のいちばん大切な用途は薬品の原料として使われることです。

化学調味料や合成樹脂の製造に必要な塩酸、肥料やレーヨンの製造に必要なアンモニアはいずれも、水素がその重要な原料となっています。

そのほか、魚油や鯨油を石鹸やロウソクの原料にかえたり人造バターにしたりするときにも、水素が使われます。

酸素

酸素は、水を電気分解してもえられますが空気中にもたくさん含まれています。

工業的には、この空気の中から約5分の1を占めている酸素を取り出して利用しています。