こんにちは。
元消防士YouTuberのKIYOYUと申します。
今回は火災発生時に、安全を考慮し、
低い姿勢で避難すべき理由を
化学的な見地から解説したいと思います。
火災のとき炎よりこわいもの
火災発生時、1番恐るべきものは「煙」です。
不完全燃焼により発生する一酸化炭素は、
血液中のヘモグロビンとくっつきやすく、煙を吸ってしまうことですぐに意識を失います。
一酸化炭素は、無色無臭で感知しづらく、
東京消防庁によれば、空気中の濃度が0.50～1％程度でも
1分から2分で呼吸ができなくなり死に至るとのことです。
火災時の避難の仕方
火災時の避難については
「新鮮な空気は天井より床の方に多く残っているから、
低い姿勢で避難をしましょう」という話をよく聞きます。
これは燃焼に伴い発生した一酸化炭素の分子量が
通常存在する空気の分子量（平均分子量）を下回っていることによります。
分子量という考え方
分子量とは、
分子式（COなど）に含まれる元素の原子量の合計のこと。
具体例を見て確認していきましょう。
分子量で考えた場合、
一酸化炭素はCOで
C＝12（これは最小微粒子Cだけなので原子量）
O＝16 （これは 最小微粒子Oだけなので原子量）
で合計28（これは分子式COの分子量）
という計算になります。
空気は混合物ということで、
窒素N2や酸素O2が混ざっています。
そのため
空気の場合は、原子量の合計で、
すんなり分子量を求められるということにはなりません。
空気の場合は、
均等にN2やO2が含まれているわけではないので
空気の平均分子量28.8 という数値で考えます。
また、この28.8を上回るか下回るかで、
空気より重いのか、軽いのかが決まります。
その考えでいくと
COは分子量28であり、
空気の平均分子量28.8を
下回るので「軽い」から
「天井の方にいく」
という結果になりますね。
空気の組成
空気の組成を見てみましょう！
窒素（78.08％）、
酸素（20.95％）、
アルゴン（0.93％）、
二酸化炭素（0.03％）で
構成されており、
ざっくり
空気中には窒素と酸素が
4：１の割合で存在しているのが
分かります。
窒素が約80%
酸素が約20%
ですね。
空気の平均分子量の求め方
単位を整理
窒素N2は1mol（モル）28gです。
また、
酸素 O2は1mol（モル）32gです。
１molは、ある物質を構成する原子、あるいは分子が
アボガドロ定数（6.02×10の23乗）個分、集まった量のこと。
それを1molという単位で表現します。
1molという単位で
「モル質量何グラム」というカタチに
変換できるのです。
ちなみに分子量や原子量に単位はありません。
答え方は分かれますが、
「モル質量は？」と問われると、
「g/mol」と言いますが
「質量は？」と問われると
「 g 」で答えます。
Nである窒素の原子量は14、
分子式だとN2であり14×2＝28です
が、窒素分子のモル質量といえば
モル質量28グラムになります。
同様に
Oである酸素の原子量が16、
分子式だと O2であり16×2＝32です
が、酸素分子のモル質量といえば
モル質量32グラムということができます。
値としては
分子量も、モル質量も
同じ値になります。
空気の平均分子量の求め方
したがって、
28（窒素）×0.80mol（80%）
＋32（酸素）×0.20mol（20%）
＝28.8
となります。
まとめ
繰り返しになりますが、
通常存在する「空気」は、
平均分子量の値から
一酸化炭素よりも「重い」
ことが分かります。
火災時には床面に近い方に
新鮮な空気が残っていること
が分かりましたね。
また、分子量の計算で、
他の物質の値を見てみるのも
面白いと思います。
二酸化炭素ならCO2で
12＋16×2＝44で重いですし、
水素なら
H＝1でとても
軽い気体であることが
分かります。
調べてみると
色々な気体の重さも分かり
面白いと思います。
ぜひ他の気体にも
目を向けてみてください。
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