月刊ポピュラーサイエンス/第13巻/1878年5月号/気体の液化II

気体の液化^[1]

ガストン・ティサンディエ著。

II.

カイエが6つの永久気体を次々と実験装置にかけ、その圧縮に対する抵抗に打ち勝ったまさにその時、ラウル・ピクテは、まず酸素で、次に水素で実験を行っていたのである。しかし、ピクテの研究が特に興味深いのは、これらの気体を液体または固体の状態で、かなり大量に作り出すことに成功したことである。彼はその装置を次のように説明している。

AとB(図1)は2つの複合排気ポンプで、排気と圧縮の圧力差をできるだけ大きくするように結合されている。これらのポンプは、管状のレシーバCに収容された無水亜硫酸に作用する。このレシーバ内の圧力は、亜硫酸が-65℃^[2]の温度で蒸発するようなものである。送り出された亜硫酸は、冷水の流れによって冷却された凝縮器Dに運ばれ、そこで温度-25°、圧力約234気圧で液化される。亜硫酸は液化されると同時に小さな管dでレシーバーCに戻る。

EとFは前記のポンプと全く同じもので、同じ種類のカップリングを備えている。このレシーバー内の圧力は、レシーバー内の炭酸が-140°の温度で蒸発するような圧力である。ポンプによって取り出された炭酸は、温度-65°の亜硫酸受器Cに囲まれた凝縮器Kに送られ、そこで5気圧の圧力下で液化されます。炭酸は液体状態になると、小さな管kを通ってレシーバーHに戻る。

図1.-ピクテの実験装置の図

Lは、500気圧の圧力に耐えられる十分な厚さの錬鉄製のレトルトである。このレトルトにはカリの塩素酸塩が入っており、加熱して純酸素を発生させる。この管は、長さ1メートルの非常に厚いガラス製の傾斜管Mと通じており、その周囲を温度-140度の炭酸ガス受器Hが取り囲んでいる。レトルトの管の上にあるスクリューストッパーNは、レトルトに外部空気との連通を与える。

4台のポンプが15馬力の蒸気機関によって数時間作動し、カリの塩素酸塩からすべての酸素が放出されると、管内の圧力は320気圧、温度は-140°になる。

オリフィスPを突然開くと、酸素は激しく膨張し、熱を吸収して、液体状態の酸素の一部がガラス管の中に見え、装置を傾けるとオリフィスから噴出するほどである。

ピクテの方法は、上の図と説明で十分理解できる。しかし、読者はまだ、この装置がどのようなものか、ほとんど想像がつかないだろう。そこで、図2(写真)と図3を使って、その欠点を補うことにした。図2はピクテの大液化装置の全景で、ジュネーブの彼の施設にあるもので、図3は同じものを断面で示したものである。この装置はかなり大きなもので、例えば、彫刻のHの字の近くに見えるマノメーターと、立っている人の頭が同じ高さになるようなものである。

図2.-ピクテの装置(写真より)

図2の装置は、図1の装置とは、一見してわかるように、さまざまな点で異なっている。図4は、液化装置の配置に大きな違いがある。Dは鉄のシェル(レトルト)で、壁の厚さは35ミリ、液化する気体が酸素の場合、700グラムのカリの塩素酸塩を入れることができます。その開口部は、長さ5メートル、内径214ミリの鉄の管に通じている。この鉄管は図のように曲がっていて、両端は閉じられているが、一方の端はコックEで開くことができる。離脱した酸素が圧縮されている管c Eは、完全に液体炭酸に浸されており、先に述べたポンプの機構により、aから装置内に入り、揮発した後にオリフィスbから蒸気として排出される。

図3.同上断面図
B、カリの塩素酸塩を入れた鋳鉄製シェル；A A'、ガスが凝縮された閉鎖鉄管；C、液体炭酸が揮発する冷凍筒；F、何らかの悪い熱伝導体が詰まった木製ケース；D、液体炭酸を入れる貯蔵庫、液体亜硫酸が揮発する冷凍筒に囲まれたもの。H、悪い熱伝導体が詰まったケース、G、気体炭酸を入れたガスメーター、K、液体亜硫酸の貯蔵庫、P、複動式ポンプの一つ、A'、矢印で示す方向に逃げる液化ガスの出口となるように開くことのできるコック

この装置を使って、1877年12月24日月曜日、ジュネーブ物理学会の会員の面前で、ラウル・ピクテは3度にわたって液化酸素の球体を含む激しい蒸気の噴射を得た。翌週の木曜日には、4回目の実験が行われた。560気圧まで上昇した圧力計は、数分後に505気圧まで下がり、そのまま30分以上放置された。この圧力の低下により、気体の一部が-140度の温度の影響を受けて液体状態に移行したことが示された。その後、管の開口部を閉じていたコックを開けると、酸素が勢いよく噴射された。中央の長さ数センチの部分は白色で、液体あるいは固体の成分であることを示し、もう一方の外側の部分は青色で、圧縮されて凍結した酸素が気体に戻ったことを示していた。

図4.レトルトと気体を液化する管

その後の実験で、ピクテは非常に大量の液体酸素を採取することに成功し、他のすべての「永久」気体を液化することに成功した。

脚注

1. J. Fitzgerald, A.M.による「La Nature」からの翻訳(一部要約)
2. ここに記した温度は、すべて摂氏の尺度によるものである