水から水蒸気になった時の堆積変化について

水から水蒸気になった時に体積が約１６００倍に大きくなることは小学生理科の教えとして広く知られているかと思います。

よくよく考えてみるとわからなくなってしまったのですが、気体（水蒸気）になるということは水分子が空気中を飛び散っている状態だと思います。それは水分子は空気中を自由に、いわば無限に散らばることが可能な状況だと思います。すると、体積１６００倍とかいうこと自体がナンセンスというか、、どういった状況なのかわからなくなりました。どういう計算なのでしょうか？そもそも水分子が空気中を飛び散るという理解が間違っていて、「気体になると体積約１６００倍」という時には一定の水分子の結合や関連性が残されている状態を言うのでしょうか？

恐れ入りますが、お分かりになる方、ご教示くださいますと幸いです。

質問者からの補足コメント

• 質問題に「堆積」とありますが、すみません、「体積」です。失礼しました。

    補足日時：2023/12/06 14:59

No.10 ベストアンサー 回答者： e12mv2 回答日時： 2023/12/06 17:11

もちろんそのままでは四散してしまう。

水は袋に閉じ込めておかなければならない。
ただしややこしくなるので水以外のものは、空気といえども塩素といえども袋の中から排除する。

その状態で温めて水を水蒸気にする。
袋は膨らんでゆくがやがて平衡状態に達する。
そのときの体積を水蒸気の体積という。

地上の気圧は約１気圧だから、それに釣り合う水蒸気の気圧はやはり１気圧である。
１６００倍とはこういう状態のときの体積である。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。過去の問答も踏まえてご回答くださりありがとうございます。
そもそも私は、理科でいう水蒸気の体積、と日常空間の水分子の飛び散りが別概念であることに気づけていなかったということになります。水蒸気の体積とは一気圧の中、真空状態で、水蒸気が水蒸気の力だけでおし広がっていける気体スペースと言うイメージを持ちました。

素人イメージではありますが、ようやくイメージを持てました。

基礎知識がある皆様からすると、あまりに幼稚な質問でかえって私の疑問点が理解できなかったかもしれません。知りたかったのは実にこんなことでした。皆様のご回答で少しずつピントを合わせることができ、最終的にこちらのご回答でイメージができたと言うのが実際のところですが、トドメをさしてくださったこちらのご回答をベストアンサーとさせていただきたいと思います。他の皆様にもお礼を申し上げます。

お礼日時：2023/12/06 18:34

No.9 回答者： stomachman 回答日時： 2023/12/06 16:51

> 空気中を飛び散る

のではなくて、真空中に飛び散ると思った方が良いでしょう。もちろん、何の制約もなければ、おっしゃる通り「無限に散らばることが可能な状況」です。　さて、この蒸気をある容積に閉じ込めて、丁度1気圧になるようにしたとする。このとき、その「ある容積」というのは（液体だった時の）約1600倍である、というのが、「水から水蒸気になった時に体積が約１６００倍に大きくなる」という言明の意味するところです。肝心の「1気圧」という条件が明記されていない、片手落ちの言明です。
　もちろん、例えば丁度2気圧になるような容積は、（液体だった時の）約800倍ですね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
そもそも私は、理科でいう水蒸気の体積、と日常空間の水分子の飛び散りが別概念であることに気づけていなかったということになります。特に最後の2気圧の補足ご説明が私には理解の助けになりました。

お礼日時：2023/12/06 18:36

No.8 回答者： ssawatake 回答日時： 2023/12/06 16:44

「0°Cで1気圧の条件の下で」と言う前提条件が付いています。

空気の圧力で邪魔されて1気圧となってる訳で、無制限に散らばることが出来ない条件で、の話です。
空気の分子に邪魔されて自由に動け無い条件の下で、1600倍とか1700倍の体積になりますよ、って事です。

何も邪魔されない様な真空の宇宙空間なら無制限に広がります。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
素人イメージではありますが、ようやくイメージを持てました。私の質問意図として、知りたかったのは実にこんなご回答でした。ありがとうございます。

お礼日時：2023/12/06 18:40

No.7 回答者： angkor_h 回答日時： 2023/12/06 16:30

No.3です。

> １７００倍という数値が意味するのは、
水蒸気だけで作り得る気体の体積、という事です。

> 分子の広がりを考えると、体積は測れないと
体積と言うよりも、拡散範囲は図りえないでしょう。

ただ、ご質問は、「水から水蒸気になった時に」なので、
「その水蒸気だけで作り得る気体の体積」が答えになります。

> （そもそも体積の概念について混乱してきましたが。。）
気体の体積については、
ボイル・シャルルの法則や、アボガドロ数、
をご理解すればよいと思います。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
そもそも私は、理科でいう水蒸気の体積、と日常空間の水分子の飛び散りが別概念であることに気づけていなかったということですね。体積の概念についてボイル・シャルルの法則、アボガドロ数についてもご教示くださりありがとうございます。「体積とは何か？」は明確にしたく思いましたので、自習してみます。

お礼日時：2023/12/06 18:42

No.6 回答者： tknakamuri 回答日時： 2023/12/06 15:17

風船とか膨らましたことありませんか？

あれが気体の体積。気体の占める領域のサイズ。
気体は気圧が変われば様々な体積になります。
1600倍は百度で1気圧という条件のときの体積。

この回答へのお礼

なるほど。なんとなく理解できました。１気圧の条件下で周りの空気を押し返して広がれる範囲というイメージですかね。
ただ、日常生活の世界では、水分子は空気に混じり散らばり続けると思いますので（理解あってますかね？）その意味で分子の広がりを考えると、体積は測れないと言うことで合いますでしょうか？（そもそも体積の概念について混乱してきましたが。。）

お礼日時：2023/12/06 15:56

No.5 回答者： ぼけなす 回答日時： 2023/12/06 15:09

1 molの気体は0 ℃，1気圧(1013ヘクトパスカル)で22.4 Lの体積を占めます

水なら１８㎤が1気圧(1013ヘクトパスカル)、０℃で22.4 Lの体積になります。気圧が半分なら体積は４４．８リットルです。この状態では１２４４倍ですが１００℃、１気圧に換算すると約１７００倍になります。
PV＝NRTという式から算出できます。

この回答へのお礼

詳細なご説明ありがとうございます。ただ、私の疑問点とは少しずれておりました。

お礼日時：2023/12/06 16:01

No.4 回答者： mojitto 回答日時： 2023/12/06 15:09

例えばやかんのような実験装置に水を入れ、注ぎ口にホースをつないで注射器に接続します。

（蓋は密封）
やかんを熱すれば水蒸気ができて、注射器のシリンジが上昇します。
いっぱいになったら次の注射器を、またいっぱいになったら次の注射器を…とすれば何本の注射器を膨らませたかで水蒸気の体積が分かります。
減った水の体積とその水でできた水蒸気の体積を比較します。

水を沸騰させれば膨大な体積の水蒸気ができて、その膨大な体積をもってタービンを回して発電などをしています。
膨大な体積にならないとロクにタービンも回りません。
実はとてもすごいことです。

この回答へのお礼

ありがとうございます。なんとなく理解できました。一定の条件を作ってあげた時、膨らんで広がれる範囲というイメージですかね。
ただ、日常生活の世界では、水分子は空気に混じり散らばり続けると思いますので（理解あってますかね？）その意味で分子の広がりを考えると、体積は測れないと言うことで合いますでしょうか？（そもそも体積の概念について混乱してきましたが。。）

そうですね、すごいことです。原子力といってもいまだに水蒸気でタービン回しているわけですからね。

お礼日時：2023/12/06 15:58

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2023/12/06 15:08

気体の体積Vは、圧力Pと温度Tにより、

PV/T=一定と言う法則があります。

1気圧の元で水が沸騰すると100℃の水蒸気になり、
この時に1700倍になります。

> 水分子は空気中を自由に、いわば無限に散らばることが
それを、周囲の圧力(気圧)が制限しているのです。

この回答へのお礼

ありがとうございます。１７００倍という数値が意味するのは、１気圧の条件下で周りの空気を押し返して広がれる範囲というイメージですかね。
ただ、日常生活の世界では、水分子は空気に混じり散らばり続けると思いますので（理解あってますかね？）その意味で分子の広がりを考えると、体積は測れないと言うことで合いますでしょうか？（そもそも体積の概念について混乱してきましたが。。）

お礼日時：2023/12/06 15:59

No.2 回答者： ShowMeHow 回答日時： 2023/12/06 15:03

一気圧の環境で1600倍（1700？）ということですね。

この回答へのお礼

ありがとうございます。理解できました。

お礼日時：2023/12/06 16:00

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2023/12/06 15:00

＞すると、体積１６００倍とかいうこと自体がナンセンスというか、、どういった状況なのかわからなくなりました。

どういう意味でそう言っているのですか？
当然「水蒸気がなかったら真空である密閉空間」での話です。

この回答へのお礼

私の疑問の中で想定していた空間は、「空気に囲まれたこの日常生活の空間」で考えていました。その中で水分子はどこまでも広がり続けるのではないか、、、と。だから気体としての水（水蒸気）の体積とはどのような概念なのかと。それが私の疑問です。ご回答者様がおっしゃるには、本来この数値（１６００倍）は「水蒸気がなかったら真空である密閉空間」での話ということなのですね。ちょっと理解がついてきておりませんが、私の考える前提が違っており日常生活の空間ではない、一定の条件下での話である、というヒントをいただけたということについて、お礼申し上げます。

お礼日時：2023/12/06 16:07