化学教科書を何回読んでも理解できない。 最近高校の化学の教科書を読んでいて、蒸気圧と沸騰の部分が理解

化学教科書を何回読んでも理解できない。

最近高校の化学の教科書を読んでいて、蒸気圧と沸騰の部分が理解できずにいます。
蒸気圧は、液体の入った密閉容器があり、一定温度にしておくと凝縮と蒸発する分子の数が等しくなる。この状態を気液平衡といい、このときの気体の圧力の事をいうと思います。
沸騰は、蒸気圧と大気圧が等しくなったとき、起こると書いてあります。
私がどうしても理解できないのは、蒸気圧の解説の時は密閉容器で解説しているのに、沸騰の解説の時は開放容器で説明している所です。気液平衡が起こるのは、密閉容器の時のはずです。このときの気体の圧力が蒸気圧と言うのは分かるのですが、沸騰の解説の時は開放容器で、気液平衡は起こっておらず、この時の気体の圧力は蒸気圧と呼ばないはずです。
他の参考書を読んでも、教科書と似た解説しか書いてなかったです。普通の人はその解説で理解出来ると思うのですが、私はどうもしっくりきません。
長々と書きましたが、分かりやすく教えてくださる方お願いします。ちなみに読んでいる教科書は数研出版の化学の教科書です。

質問者からの補足コメント

• 回答ありがとうございます。
  気液平衡時の気体の圧力を飽和蒸気圧簡単に言うと蒸気圧であり、蒸気圧本来の意味は蒸気の圧力ということで良いのですか？

    補足日時：2018/03/28 23:35

No.4 回答者： NiPdPt 回答日時： 2018/03/29 17:12

沸騰というのは液体の内部から起こる現象ですよね？ヤカンを火にかければ底の方で沸騰するでしょ？まあ、それは下から加熱しているからとも言えますけどね。

で、液体の中の方であれば、外気と接していませんので外部の蒸気圧は無関係です。ですので、沸騰が起こる部分にかかる気圧と水圧が関係します。その気圧＋水圧を蒸気圧が上回れば沸騰が起こります。それはあくまで液体の内部の話なので、液体の外の蒸気圧が、いくらであっても関係ありません。平衡になっているかどうかも無関係です。

それをなぜ、開放系で議論するかと言えば、その方が楽だからです。つまり密閉系で気液平衡を議論しようと思えば、その液面にかかるのはその液体の蒸気圧と、それ以外の気体による圧力ということになり、「それ以外の気体」の圧力はV=nRT/Pに従って変化しますし、液体の上記に至っては、そういった単純な式で表せない変化をします。つまり、温度変化に伴って圧力が変化するので話がややこしいです。
それを開放系で、非平衡と考えれば、例えば、大気圧は水蒸気圧や、温度にかかわらず１気圧のままなので、圧力にかかわるややこしい議論が不要になります。
さらに、上述のように溶液内の話なので、たとえば、水が１気圧において100℃で沸騰するときに、その１気圧の原因になっている気体はなんであっても構いません。ただ単に沸騰が起こる場所の圧力（＝大気圧＋水圧）だけが問題になります。

沸点において、その蒸気圧は１気圧にはなりますが、だからと言って、１気圧で沸騰が起こっている時に、その蒸気がその液体のものだけである必要は全くありません。

No.3 回答者： konjii 回答日時： 2018/03/29 15:54

この密閉容器は色々と工夫された容器です。

容器に液体を入れる前の中は空気（窒素と酸素とします）で満たされています。液体を入れた直後から密閉容器の内圧は大気圧（１とする）と等しくなるように伸びちじみ出来るような容器です。ある温度Tでしばらく置いてから内部のガスの濃度比を調べると
窒素：酸素：液体の揮発分＝４：１：４となっていたとすると。各気体の分圧は窒素：酸素：液体の揮発分＝4/10：1/10：4/10（合計１）
です。１気圧＝１×１０⁵Psですので。T°における液体の蒸気圧は4/10×１０⁵Psです。
次に沸点です。
同じ大きな密閉容器へ大量の液体を入れて、液体の温度を測定しながら内圧と外気圧（大気圧１とする）と等しい状態で加熱してゆきます。液体の温度はある温度以上にならなくなる温度T₁°があります。それでもなお加熱し続け液気体が残りわずかの時密閉容器からガスを抜いて濃度比を調べると
窒素：酸素：液体の揮発分＝ほぼ０：ほぼ０：ほぼ１となっていたとすると。
各気体の分圧は窒素：酸素：液体の揮発分＝０：０：１０/10（合計１）
です。T₁°における液体の蒸気圧は１×１０⁵Ps＝大気圧です。この時T₁°を液体の沸点と呼びます。

No.2 回答者： doc_somday 回答日時： 2018/03/28 23:49

＞蒸気圧の解説の時は密閉容器で解説しているのに、沸騰の解説の時は開放容器で説明している所

はい、気液平衡は「平衡」ですから「充分長い時間、つまり無限時間の後」成立するものです。一方沸騰は「現象」であって加熱速度が大きければ幾らでも低い温度でも沸騰可能です。
つまり、気液平衡は「静的」なもので厳密に定義出来ますが、沸騰は動的なもので一見気液平衡に似ていますし無関係とは言えませんが化学工学的な概念ですのでそれが理解出来ないと根本的には理解不能です。

No.1 回答者： windwald 回答日時： 2018/03/28 23:23

沸騰とは、液体の内部からの激しく蒸発が起こる現象です。

液体の内部に発生した泡は、ある種、密閉された空間です。

そもそもですが蒸気圧は密閉容器に限った言葉ではありません。
密閉容器だろうが解放容器だろうが、蒸気の示す圧力が蒸気圧で、それは飽和蒸気圧を超えることはできません。