比重と密度

危険物の取り扱いには、物質の密度や比重、蒸気比重についての理解が欠かせません。これらの概念を知ることで、物質の性質や取り扱い方を把握し、安全な作業を行うための基礎が身につきます。本記事では、これらの基本的な概念について詳しく解説します。

密度とは？

密度は、物質の単位体積あたりの質量を表します。通常、g/cm³の単位で表され、以下の式で計算できます。

計算式:
密度 = 質量（g） ÷ 体積（cm³）

密度の具体例

例えば、水の密度は1g/cm³です。これに対し、鉄の密度は約7.8g/cm³であり、鉄は水の7.8倍の質量を持つことがわかります。密度が高い物質ほど重くなり、密度が低い物質ほど軽く感じられます。

比重とは？

比重とは、ある物質の重さと、同体積の4℃の純水の重さとの比率です。単位がない値で表されるため、相対的な重さを知る手がかりになります。

計算式:
比重 = 質量（g） ÷ 同体積の水の重さ（g）

比重の具体例

例えば、鉄の比重は約7.8です。これは鉄が同じ体積の水の7.8倍の重さであることを意味します。比重が1より大きい物質は水に沈み、1より小さい物質は水に浮かびます。

蒸気比重（気体の比重）

蒸気比重とは、気体や蒸気の重さを、空気を基準（1）として相対的に示した比重です。蒸気比重が1より小さい物質は空気より軽くなり上昇しやすく、1以上であれば空気より重いため床付近に留まる傾向があります。したがって、蒸気比重は気体の拡散や滞留の傾向を理解するために重要です。

蒸気比重の計算方法

蒸気比重は物質の分子量から計算できます。空気の平均分子量を29とし、次の式で蒸気比重が求められます。

計算式:
蒸気比重 = 分子量 ÷ 29

この式から、分子量が大きい物質ほど蒸気比重も大きくなることがわかります。

空気の平均分子量の求め方

アボガドロの法則に基づき、標準状態で空気1モル（22.4L）の重さが求められます。空気は、体積組成として窒素80％と酸素20％から成り立ちます。窒素の分子量が28、酸素の分子量が32であるため、空気の平均分子量は次のように計算されます。

– 計算式1: (4 × 28 + 32) ÷ 5 = 28.8 ≈ 29
– 計算式2: (14 × 2 × 0.8) + (16 × 2 × 0.2) = 28.8 ≈ 29

この結果から、空気の平均分子量は約29であるとわかります。

試験対策のポイント

危険物取扱者試験では、物質の比重や密度、蒸気比重について理解を問われる問題が出題されます。特に蒸気比重が1以上であれば、床付近に溜まりやすく火災リスクが高まるため、換気の必要性を理解しておくことが重要です。

試験で押さえるべきポイント

• 比重と密度の計算: 比重や密度を求める公式を暗記し、計算に慣れておきましょう。
• 蒸気比重の影響: 蒸気比重が1より小さい場合は空気より軽く、上昇しやすいこと、1より大きい場合は床付近に滞留しやすいことを理解しましょう。
• 具体例の把握: 鉄やメタンのような具体例を覚えると、比重・密度の概念が理解しやすくなります。

試験問題例1

解説:
(5) の記述は誤りです。氷が水に浮くのは、氷の比重が水より小さいからです。比重は、ある物質の重さを同体積の4℃の純水の重さと比較した値で、単位を持たない相対的な数値です。氷の比重は約0.92であり、水（比重1）より軽いため浮かびます。

答え: (5)

試験問題例2

解説：
(1) メタンの蒸気比重は0.55であり、空気より軽くなります。他の選択肢は空気より蒸気比重が大きく、空気より重いです。

まとめ

密度、比重、蒸気比重は物質の特性を理解する上で重要な概念です。これらを理解することで、物質の扱い方や火災リスクの管理方法がわかります。危険物取扱者試験の準備として、比重や密度の計算方法や具体例をしっかりと押さえ、安全な取り扱いに備えましょう。