水蒸気って冷えても水蒸気？

Question

水を熱するとやがて沸騰して水蒸気となります。でも、空気中に出たらそこは明らかに１００度以下です。１００度以下になっても水蒸気は水蒸気のままなのでしょうか。それとも細かい水滴が空気中に漂っているという状態なのでしょうか。

もし１００度以下の空気中に水蒸気があるとしたら何か変な気がします。０度以下になったら水は１００パーセント氷になるのに何故水蒸気は１００パーセント水にならないのだろうかと。

逆に１００度以下の空気中に水蒸気がなかったとしても変な気がします。「ドライアイスによって空気中の水蒸気が冷やされて白いものが出る」という説明をある新聞で読んだからです。

分かる方ぜひ教えていただけると助かります。

ch3oh · Answer

＞もし１００度以下の空気中に水蒸気があるとしたら
　
　もしではなく、現実に１００度以下の空気中にも水蒸気は存在します。
　湿度という言葉をご存知ですよね？
　湿度とは空気中に含まれる水蒸気の量を表しています。
　水蒸気とは気体の状態になっている水のことですから、
気温が１００度以下や氷点下であっても水蒸気は含まれています。
　質問者さんは、水が水蒸気になるのは沸騰だけとお考えのようですが、
１００度以下の水の表面からも、蒸発と言って、水蒸気が発生しています。
　水に濡れた洗濯物が乾くのはその例です。

monyuonyu · Answer

そもそも水蒸気は常に空気中にふくまれていて、ただ目に見えないだけです。目に見えるときは光の反射で白い煙のように見えます。

表現としては、"細かい水滴が空気中に漂っている"が正しいです。
熱い空気には多くの水滴が浮遊できて、冷たい空気には少なめの水滴が浮遊できます。冬が乾燥していて、夏じめじめしている理由はこれでして、湿度と関係しています。

＞＞ドライアイスによって空気中の水蒸気が冷やされて白いものが出る
正確にいうと、空気が冷やされて、本来周りの空気の温度に含める最大水滴量に到達して、浮遊していた水滴の粒が目に見えるほど大きくなった。
いづれ落ちますが、その前に暖められてふたたび見えなくなる。
ということです。

コップに冷たいお茶を入れると表面に水滴が付着するのも同じことです。

takas223 · Answer

すいません、また得意の憶測なのですが、たとえば水蒸気というものは、熱湯から熱を奪っていくものです。
　熱は熱いところから冷たいところに移動しようとします。
　たとえば人間の汗などはその働きにより、人間の皮膚から汗を出し（水を出し）、蒸発（水蒸気）させることで、体内の熱を逃がしてます。
　蒸散といいますが、それも水蒸気と呼ばれるものではないかなと思います。
　沸点というものがそれぞれの物質にはありますが、その場の気圧によって沸点の温度は変わってきます。
　その場の空気の状態に物質の沸点は影響するわけで、水も同じでその沸点を超えると、水蒸気という形で蒸散し、熱を空気に逃がすという意味でその温度を保っているのではないでしょうか？
　空気の気圧（空気の濃さ）によって、沸点が違うのは、熱を逃がす空気の密度によるからなのかな？
　んー、でもどんな物質でも沸点がありそれ以上温度があがらないとすれば、この考え方だとその物質が空気中に発散して、空気に溶け込むことになるので、この考え方もおかしいのかな？

norikunny · Answer

一般的に水蒸気と言うと、沸騰したヤカンの注ぎ口から立ち上る湯気を想像しますが、必ずしも水は沸騰しなくても水蒸気を発生します。

たとえば、秋に日本に来る台風ですが、台風の発生するしくみは、赤道付近で海水が温められて水蒸気になり発達した低気圧だと考えられますが、赤道付近の海水はどう考えても１００度にもならないですよね？

ですから、１００度未満の空気中に水蒸気が含まれていても変な事はないです。

since1983 · Answer

厳密には正確でない表現になってしまっているかもしれませんがご容赦願います。質問の回答としては、沸点以下でも水は気体として存在できます。

気温によって、気体として空気中に溶けていられる（＝水蒸気でいられる）水の量は変化します。その量は気温に比例します。つまり気温が高ければより多くの水が気体として空気中に存在でき、低ければ少ししか気体として空気中に存在できません。気温が下がり、気体として存在できなくなったものは水に戻ります。寒い日の窓ガラスに水滴がついているの見たことありますよね？また質問者さんが例として挙げている「ドライアイスから出る白いもの」も、ドライアイスの周りの空気が冷やされて水蒸気として存在できなくなったものが細かい水の粒に戻ったものです。

Josquin · Answer

まず確認しておきたいのは、水蒸気は目に見えないということです。
目に見える湯気、霧、ドライアイスから出ているように見える煙のようなものはいずれも水蒸気が冷えて出来た細かい水滴です。

とはいえ、そのときには水蒸気が全て水滴になっているわけではなく、水滴と水蒸気が混ざった状態になっています。

空気中に水蒸気として存在できる水の量は、温度が高いと大きくなり、温度が低いと小さくなります（比例するわけではありませんが）。
温度が低いと水蒸気でいられる水の量が小さくなるとはいえ、100℃未満どころか０℃以下でも水蒸気は存在します。

温度が低くても濡れた洗濯物が乾くのは、水が水蒸気になって飛んでいくからです。

htms42 · Answer

すでに回答がされていますが。

物質の状態変化は中学校、高等学校で出てきます。
液体から気体への変化は気化と呼んでいます。液体である全温度範囲で起こります。
気化を２つの場合に分けることが出来ます。
液体の表面からだけ気化が起こっている場合と液体の表面からと内部からの両方で気化が起こっている場合とです。
表面で起こっている気化を蒸発と呼びます。蒸発が起こっていることは目には見えません。いつの間にか液体の量が少なくなっていたということで気がつく場合が多いです。洗濯物が乾くことで蒸発が起こったということがわかるというのも同じ判断です。生じた気体の温度が下がったことでもう一度液体に戻った、その液体の存在で分かることもあります。湯気が白く見えるのは蒸発して生じた水蒸気の温度が下がっったためです。水滴が生じて白く見えます。やかんの口から出ている湯気を観察すると白く見えるのは口から少し離れた所からです。口に近い所は温度が高いですから少しはなれて温度が下がった所から見え始めるのです。
液体内部から気化が起こると泡が見える事になります。これは沸騰と呼ばれている現象です。泡のできる条件ですから沸騰の起こる温度は外部の気圧に関係します。普通沸点と呼ばれているものは外気圧が１気圧の時に沸騰の起こる温度です。外部の圧力を下げると泡の発生は楽になりますので沸騰の温度は低くなります。
沸騰か蒸発かのどちらかが起こるというのではありません。蒸発は常に起こっています。ある温度で内部からの気化が付け加わるのです。蒸発に沸騰が付け加わるのです。
固体から気体への変化も起こります。ドライアイスは融けずに減っていきますから気体への変化が顕著な物質です。昇華という名前で呼ばれています。ドライアイスほどではありませんが氷の場合でも昇華は起こっています。

気体の水を水蒸気と呼んでいます。水の分子が空間にバラバラに存在している状態です。水の分子の大きさは１ｃｍの１億分の１程度の大きさですから目には見えません。何かあるなと感じるようになった時には少なくとも１０００倍程度の大きさの粒になっていなければいけないでしょう（この大きさは光の波長との関係で決まります）。白い粒が分かる程度であればもっと大きいです。水の分子が集まってこれだけの大きさになっているものというと液体の粒です。温度が低ければ氷の粒です。直径が１０００倍になれば体積は１０００×１０００×１０００倍になりますから集まっている分子の個数も１０００×１０００×１０００の程度です。
煙突から煙が出ているという場合、目に見えているのは固体の粒か液体の粒です。気体も一緒に出ていますが目には見えません。

元々蒸気という言葉は水を加熱した時に出て来る気体状のもの全体を意味していたと思います。湯気の中に含まれている水滴（液体の水）と気体の水とを区別する発想はなかったでしょう。現在も日常的にはそういう使い方がされていると思います。でも物理や化学で現在「蒸気」といっているのは気体のことです。
このことによる混乱もかなりあるようです。

doc_sunday · Answer

>H2Oは２０℃の時、固体か液体か気体か
「大気圧下」では「気体と液体の平衡状態」
と言うのが化学のお答えです。
圧力が高いと固相も現われます。
また圧力が高くても「臨界温度」より高温では「気相と液相」の区別のない「超臨界流体」が現われます。
なお、今までの議論で「飽和水蒸気圧」についての記述がなかった様に思われます。
水が液体でも固体でも平衡状態では気相に当該温度での飽和水蒸気圧の水蒸気の分圧が存在します。
なお、気相が無い(ビニール袋に詰めた水や注射筒の中の水で空気が全く無い)場合は水蒸気が存在できません。
注射筒に詰めた水を無理やり引いて気相を作るとそこは飽和水蒸気圧の水蒸気で満たされています。(トリチェリーの真空内には水銀の飽和蒸気が存在します)

ch3oh · Answer

＞氷が融けたら何になる？」という問題には「水にもなるし水蒸気にも＞なる」と答えるのが正解ということなんでしょうか

　「氷が融けたら何になる？」の正解は「水になる」でしょう。
　「融ける」とは固体が液体になることですから。
　「氷が気化（昇華）したら何になる？」でしたら答えは「水蒸気になる」でしょう。

monyuonyu · Answer

１です。
＞＞空気中に水の気体は存在するのか
おそらくこの質問のキーワードは、圧力、蒸気圧、気液平衡、などかと思います。
どんな温度であろうと、水があるかぎり空気中には水蒸気が存在します。
つねに液体と気体を行き来しています。　その行き来する量には圧力が関係しています。
宇宙など真空で圧力がまったく無い場合、すべて蒸気になり拡散します。

お暇でしたらキーワードを少しお調べになるとよく分かるはずです。

水蒸気って冷えても水蒸気？

＞もし１００度以下の空気中に水蒸気があるとしたら

そもそも水蒸気は常に空気中にふくまれていて、ただ目に見えないだけです。

すいません、また得意の憶測なのですが、たとえば水蒸気というものは、熱湯から熱を奪っていくものです。

一般的に水蒸気と言うと、沸騰したヤカンの注ぎ口から立ち上る湯気を想像しますが、必ずしも水は沸騰しなくても水蒸気を発生します。

厳密には正確でない表現になってしまっているかもしれませんがご容赦願います。

まず確認しておきたいのは、水蒸気は目に見えないということです。

すでに回答がされていますが。

>H2Oは２０℃の時、固体か液体か気体か

＞氷が融けたら何になる？」という問題には「水にもなるし水蒸気にも＞なる」と答えるのが正解ということなんでしょうか

１です。

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