飽和蒸気圧と物質の状態

例えば、温度が60℃に保たれた体積一定の密閉容器に水が入っているとします。
気体なのか、液体なのか、または両方共存するのかは分かりません。
ここで、すべて気体であると仮定して求めた容器内の圧力が、
水の飽和蒸気圧より大きいとき、気体と液体が共存し、
水の飽和蒸気圧以下のとき、気体のみである

と私の持っている参考書に書かれているのですが、これがなぜなのか全く分かりません。
分かりやすく解説していただけないでしょうか？？

No.4 回答者： htms42 回答日時： 2008/08/03 08:25

＞ご説明の中のポイント(3)の内容、

「気体の水（水蒸気）だけしか存在しない時の圧力は飽和水蒸気圧よりも低いはずである。」
この理由を教えていただけないでしょうか？？

別に質問をされていますね。
「飽和蒸気圧の意味を考えれば明らかである」という回答を貰って閉められたようですが、分かられたのですか。

もしまだ分かっていないようであればどう考えたかのところを書いてもらうと説明できます。

私が返事を保留していたのは（３）が分からないということは（１）（２）が分かっていないということになると思ったからです。（３）だけが分からないということは成り立たないのです。

（３）は（１）（２）から出てくることなので書かなくてもいいだろうと初めは思っていました。オマケのつもりで書いたものです。

No.3 回答者： htms42 回答日時： 2008/07/31 09:13

「全く分からない」と書かれると書きようがないです。

少し長くなってもいいですからどこが分からないかを書くべきです。

飽和蒸気圧の意味も分からないということでしょうか。
「気体」と書いてありますがこの場合は水蒸気の意味だということもあやしいのでしょうか。

容器の中に液体の水と気体の水（水蒸気）が共存する時、蒸気の圧力はある一定値以上にはなれませんこの圧力を飽和蒸気圧といいます。飽和蒸気圧は温度によって変わります。（この説明は必ず教科書に載っています。）
平衡状態が実現しているとすると水蒸気の圧力は飽和水蒸気圧になっています。容器にピストンが付いているとします。温度一定の条件でピストンを押すとします。体積が小さくなりますから普通の気体の場合だと圧力が高くなります。でも飽和水蒸気以上の圧力は平衡状態では実現できません。水蒸気の一部が液体の水に変わることで水蒸気の圧力が一定に保たれます。逆にピストンを引いて体積を大きくしたとします。容器内の水蒸気の圧力は減少します。飽和蒸気圧よりも圧力が低くなりましたので新たに蒸発が可能になります。もとの飽和蒸気圧の値に戻るまで蒸発が起こって平衡が回復します。体積の増加が大きい時は蒸発量が大きくなります。水の量が少ないと全部蒸発しても飽和蒸気圧に達しないという場合も生じます。その場合は液体の水がなくなった時点から後、普通の気体と同じようにボイルの法則で考えることになります。
（この説明は教科書には書いていない場合が多いです。その場合は練習問題を解きながら補足説明で何が起こっているかを理解していく内容になっています。黒板に書いた計算結果だけを写して説明を聞いていないと後からノートを見ても何のことか分からないということが起こります。）

長く書きましたが「全く分からない」と書いてあるので仕方がありません。でもこれで質問されている部分の意味が分かるのではないですか。

＞すべて気体であると仮定して求めた容器内の圧力が、
＞（１）水の飽和蒸気圧より大きいとき、気体と液体が共存し、
＞（２）水の飽和蒸気圧以下のとき、気体のみである

（１）はピストンを押した場合がヒントです。（２）はピストンを引いた場合がヒントです。

ポイントは３つです。
（１）飽和蒸気圧よりも高い圧力は実現できない
（２）液体の水と気体の水が共存していて平衡状態が実現している時、水蒸気の圧力は飽和蒸気圧に等しい。
（外部条件が変化して平衡が破れた場合は、蒸発、または凝縮が起こって新たな平衡が実現する・・・・いくらかの時間がかかります）
（３）気体の水（水蒸気）だけしか存在しない時の圧力は飽和水蒸気圧よりも低いはずである。

この回答への補足

回答ありがとうございます。
質問が不十分ですみません。
「気体」というのは、その通り、水蒸気のことです。

丁寧なご説明でしたが、私の能力が至らず、どうにも理解できません。
そこで、少し質問をかえてもいいでしょうか？？
ご説明の中のポイント(3)の内容、
「気体の水（水蒸気）だけしか存在しない時の圧力は飽和水蒸気圧よりも低いはずである。」
この理由を教えていただけないでしょうか？？
これが分かれば、すべて理解できるような気がします。

補足日時：2008/07/31 19:55

No.2 回答者： doc_sunday 回答日時： 2008/07/31 09:08

いまある容器の中に液体と気相部分があるとします。

気相部分はどの様な気体で充満していても、どんなに気圧が高くても構いません。
その場合液体は、その温度に対応するその液体の飽和蒸気圧が気相におけるその分圧に等しくなるまで気相の中へと気化し平衡状態に達します。
この現象は気相がないと起こりません。
今、与えられたように、水を全部気体に変えます。(通常は温度を上げます)
これを所定の温度に戻します。
この時気相の水の分圧が水の飽和蒸気圧以下だったら水の液相(普通の水)は現れません。
一方水の分圧が水の飽和蒸気圧を超えていたら、超えている分が凝縮し液相を形成し、気相の水の分圧は水の飽和蒸気圧となります。
不思議かも知れませんが、必ずそうなります。

No.1 回答者： toshiz00 回答日時： 2008/07/30 21:40

参考に「（２）水の状態図」より60℃のときの圧力を参考にすればわかります。

参考URL：http://www.tennoji-h.oku.ed.jp/tennoji/oka/2005/ …水の状態図