蒸気圧について色々と疑問があります。

例えば水溜りの水の飽和蒸気圧はこの水の温度により一定ですよね。そして飽和状態になるまで水は蒸発し続けるから、結局全部蒸発すると思います。しかし、化学辞典によると「外圧を飽和蒸気圧以上に増すと、蒸気は凝縮して液体または固体のみとなり、逆に外圧を飽和蒸気圧以下にすると蒸気のみとなる」と書いてあったのですが、この前半部分の「外圧を飽和蒸気圧以上に増すと、蒸気は凝縮して液体または固体のみとなり」という部分がよく理解できないのです。

この水溜りの例では、外圧は大気圧のことで、少なくとも、この水溜りの飽和蒸気圧以上ですよね。しかし、水がすべて残ることはないと思うのですが・・・。

色々勘違い等あると思いますが、どなたか丁寧に教えてください。

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A 回答 (8件)

 


rei00 です。

私からも若干補足いたします。

> 水溜りの水の飽和蒸気圧というのは、やっぱりあるのではないのでしょうか?

 「飽和蒸気圧」の定義をもう一度ご確認下さい。「理化学辞典」では,『一定の温度において液相または固相と平衡にある蒸気相の圧力.一般に飽和蒸気圧(2相が熱平衡にあるときの圧)を意味することが多い.』とあります。

 ここでご注意いただきたいのは,「液相または固相と平衡にある蒸気相」や「2相が熱平衡にあるとき」とあるように,「飽和蒸気圧」は平衡状態で初めて求まる数値です。

 ご質問の「水溜り」の場合は,蒸発した水はドンドン拡散していきますので,理論的にどうかは別として,実際上は平衡にはならないでしょう。

 ですので,「飽和蒸気圧」は,無いと言っても良いと思います。もちろん,水が蒸発していく圧力は存在しますが,これは「飽和蒸気圧」ではなく「蒸気圧」です。

> 水溜りの水の飽和蒸気圧というのは水の温度によるのではないのでしょうか?

 確かに「水の温度」によります。「理化学辞典」の「蒸気圧」の項には,1成分2相系の熱平衡における温度と蒸気圧との関係として,クラウジウス-クラペイロンの式,実用的な経験式のランキン-デュプレの蒸気圧式,蒸気圧を与える理論式,の3つが示されています。
 
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この回答へのお礼

お礼が大変遅くなりました。水溜りの水については実際平衡になることは確かにないと思います。色々皆さんからもご指摘があったとおり、定義をわすれてしまったり、勘違い等も多々ありました。もう少し勉強していきます。ありがとうございました。

お礼日時:2001/08/14 22:14

お邪魔します。

#5のZincerです。
ピストンを引くのみ必要な力の件、確かにanisolさんの方が正しいです。
「自信あり」でこの不始末では他の回答も信用をなくしそうですが多分あっていると思います。
実は回答を送った後に自分の出した値に疑問を持ったのですが、どこで計算ミスをしたのかわかりません。ただ、人力では不可能に思えたので...(単なる追い込み?)
この程度の値だと、充分可能ですよね?
まあ、気化した分温度が下がるので、温度を一定に保つことが不可能なのかな?
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この回答へのお礼

お礼をするのが大変遅くなりました。過去の私のたくさんの疑問に答えてくださってありがとうございました。だんだん何がわからないかわからなくなってしまい、混乱しましたが、もう少し勉強したいと思います。また、機会があればよろしくおねがいします。

お礼日時:2001/08/14 22:09

ピストンの件補足します。


 Zincerさんのおっしゃるように、テルモのシリンジでも使って実際にやってみればすぐにわかるのですが、注射器に水を入れ、先をふさいでプランジャ(ピストン)を引くと、かなり力を入れないと引けないことがわかります。
 このとき要する力は(大気圧-水の蒸気圧)*ピストンの断面積になります。Zincerさんによれば26℃での水の蒸気圧は約1/30気圧ということなので、例えばピストンの断面積が1cm^2のとき約1kgfの力が必要ということです。この力は液体の水が存在している限りピストンを引いた長さにかかわらず一定です。
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この回答へのお礼

お礼が大変遅くなりました。液体には圧力は関係ないと思い込んでいました。当然ですが物理の勉強も必要ですね。ありがとうございました。

お礼日時:2001/08/14 22:06

かなり疑問が残っているようなので補足しておきます。


>ところで、また質問なのですが、水溜りの水の飽和蒸気圧というのは、やっぱ
>りあるのではないのでしょうか?飽和状態になること(つまり空気中で飽和蒸
>気圧に達する)は滅多にないのかもしれませんが、水溜りの水の飽和蒸気圧と
>いうのは水の温度によるのではないのでしょうか?
その通りです。話が複雑になるので、あえて純水としますが26℃の場合、大気圧の1/30程度の蒸気圧を持っており、この値は温度によって決まります。

>ピストンに空気が入らないように水を入れると、ピストンにかかっている圧力
>は大気圧ですが、このピストンをひいて少しづつ減圧していくと、ピストンに
>かかる圧力が水の飽和蒸気圧以上でも、液体の水と気体となった水蒸気が共存
>するようなイメージがあるのですが、それでも液体だけなのでしょうか?
単なる勘違いだと思いますが、実際に注射器等に水をいれて引いて見てください。人力では不可能でしょうが大気圧(約1Kg/cm^2)の30倍程度の力を入れないと気相(水蒸気)は現れないと思います。

>なぜ大気圧が1気圧のとき、100度で水が沸騰するのでしょうか?
ちょっと質問の意味を理解しかねますが、これが100℃の定義ですね。

>大気中の水蒸気の圧力が飽和蒸気圧以下になった温度から水の蒸発は始まると
>思いますが、
その通りです。と言うより普通、相対湿度が100%になることはまず無いと思いますので常温でも水溜りが無くなるんですよね。(#3の回答より)

>なぜ沸騰は100度なのでしょう?95度でも沸騰しそうなイメージがあるのですが。
イメージ違いだと思いますが?どうしてそう思うのですか?
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皆さんの回答で結論が出ているようですので,蛇足になるやも知れませんが。

「化学辞典」(東京化学同人)には,「蒸気圧」として「純物質の液体(固体)と蒸気が平衡状態にある時,」と書かれています。

つまり,ご質問の記載は「純物質」についての話です。混合物の場合は,個々の気体の分圧について考えないといけません。

 
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この回答へのお礼

ありがとうございました。飽和蒸気圧については分圧を考えなければいけないのですね。少し混乱していたようです。もっと注意深く調べるべきでした。外圧を大気圧と思い込んでいたのも混乱の原因でした。

お礼日時:2001/07/24 00:03

 空気には窒素や酸素など、様々な気体が含まれています。

その中に、水蒸気も含まれています。結論を言ってしまえば、化学辞典での記述の中に「外圧を飽和蒸気圧以上に増すと・・・」とありますが、これを水蒸気のみに注目して言い換えると「空気中に含まれる気体のうち、水蒸気圧のみを飽和水蒸気圧以上に増すと・・・」となるわけです。
 つまり混合気体の場合、成分気体のみの気圧で考えればよい(窒素や酸素の圧力は無視して考える)のです。混合気体である空気の成分「水蒸気」の圧力が飽和水蒸気圧以上に増すと水蒸気は水になり、逆に水蒸気圧が飽和水蒸気圧以下(水たまりの水の例では湿度100%の時以外はこの状態のはず)ならば、水たまりの水は延々と蒸発していきます。地球の空間は無限なので水蒸気は拡散していき、雨が激しく降っているとき以外に空気中の水蒸気圧が飽和水蒸気圧に達することはありません。
 化学辞典の話では、外圧というと大気圧のように読みとられがちですが、大気圧は空気の成分すべての気圧、水たまりの飽和蒸気圧はあくまでも水のみの蒸気圧です。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。大分わかってきたような気がしますが、まだ謎が多いです。

高校化学の教科書で「蒸気圧が外圧を少しでも上回ると液体は表面からだけでなく内部からも蒸発する。これを沸騰という。」とあるのですが、この外圧は大気圧のことですよね。ところで、なぜ大気圧が1気圧のとき、100度で水が沸騰するのでしょうか?大気中の水蒸気の圧力が飽和蒸気圧以下になった温度から水の蒸発は始まると思いますが、なぜ沸騰は100度なのでしょう?95度でも沸騰しそうなイメージがあるのですが。
良かったらぜひ教えてください。よろしくお願いします。

お礼日時:2001/07/23 23:50

 化学大辞典(共立出版)の蒸気圧の項の記述ですね。

確かにわかりづらいですね。誤解されるのももっともだと思います。

 ここで言っているのは、気体は問題にしている物質の気体だけの場合です。例えばピストンのついたシリンダーに水またはその気体(水蒸気)だけ入っている場合に、そのピストンを押す圧力を外圧と言っているのです。

 例えば、このピストンのついたシリンダーに空気が入らないよう水を入れてふたをします。ピストンにかかっている圧力は大気圧ですから、水の飽和蒸気圧以上、したがってこのシリンダーの中は液体の水だけということがわかると思います。

 外圧うんぬんの記述は、その上の記述「特に蒸気が液体(または固体)と平衡にあるとき、その蒸気の圧力をその液体(または固体)の飽和蒸気圧という。」をちょっと言い換えただけに過ぎません。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。No4の回答まで読んだ結果の解釈ですが。また質問させてください。

ピストンに空気が入らないように水を入れると、ピストンにかかっている圧力は大気圧ですが、このピストンをひいて少しづつ減圧していくと、ピストンにかかる圧力が水の飽和蒸気圧以上でも、液体の水と気体となった水蒸気が共存するようなイメージがあるのですが、それでも液体だけなのでしょうか?

よろしくおねがいします。

お礼日時:2001/07/23 23:16

外圧の意味する圧と、水上気圧の圧は同じものと考えるべきです。


水蒸気圧とその他の圧を加えたものがここで言う外圧ではないとなると思いますよ。
つまり、もうこれ以上気体の中へとけれないというほど十分に蒸発して水が気体に説けた(蒸発した)状態が水の飽和状態です。
水溜まりの水の飽和水蒸気圧そのものがあり得ないのではないでしょうか。水蒸気圧はそもそも気体の中の分圧であって液体の水の相とは別物です。
外圧を飽和水上気圧以上に・・・・の外圧は、意味するところが、その時の水蒸気圧であって、すべてのガスの分圧の合計である全圧とは別だと思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。回答のNo4まで読ませていただいた後の解釈になります。

まず、私の外圧の捉え方が間違っていたんですね。つまり、化学辞典に書いてあったことは、単に体積が増せば、その分液体が蒸発して飽和状態になろうとし、反対に体積が減れば蒸気圧になるまで気体が凝縮するということの説明だったということですよね。

ところで、また質問なのですが、水溜りの水の飽和蒸気圧というのは、やっぱりあるのではないのでしょうか?飽和状態になること(つまり空気中で飽和蒸気圧に達する)は滅多にないのかもしれませんが、水溜りの水の飽和蒸気圧というのは水の温度によるのではないのでしょうか?

また、勘違い等あると思いますが、よろしくおねがいします。

お礼日時:2001/07/23 22:13

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Qよくわかりません!水は、一定の温度ではなく、外圧が高くした方が飽和蒸気圧が高くなる。

問題:P192
 水は、一定の温度ではなく、外圧が高くした方が飽和蒸気圧が高くなる。(誤り)
[解説] 飽和蒸気圧とは、飽和状態蒸における蒸気の圧力である。温度
   が一定であれば、その蒸気圧も一定値を示す。外圧は関係しない。
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     私の頭の中では→飽和蒸気圧=蒸気圧 としか思えませんが!
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    ※”蒸気圧と飽和蒸気圧の違い”を教えていただけないでしょうか?
   宜しくお願いいたします。

Aベストアンサー

他の回答者の回答にあるとおり、飽和蒸気圧はその温度の時の蒸気圧です。
したがって、周囲の圧力とは無関係です。
例として、水が40℃の場合の飽和蒸気圧は74hPaです。(周囲の気圧が74hpaの場合は、水が沸騰するので、40℃以上になりません)
水が100℃の時の飽和蒸気圧は、1013hPaなので、1気圧ではすべて蒸発します。(100℃以上では液体では存在出来ない)
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Q大気圧じゃない飽和水蒸気圧と水蒸気分圧

お世話になります。
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水蒸気分圧についても、全圧が変わるとどうなるのでしょうか?

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圧力:1atm~2atm
温度:20℃~80℃
例えば、1atm50%RHの空気が、1.5atmに圧縮されたらどうなりますか?

あいまいな質問かもしれませんが、回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

飽和水蒸気圧は,温度だけで決まります。
大気の有無・圧力には関係ありません。

>例えば、1atm50%RHの空気が、1.5atmに圧縮されたらどうなりますか?について,飽和水蒸気圧が0.10 atmになる46℃で考えてみると次のようになります。
まず,この条件で全圧1.0atm,50%RHの場合,水蒸気圧は0.10atmの50%で,0.05atmということになります。
この空気を同じ温度で1.5atmに圧縮すると,水蒸気圧も1.5倍の0.075atmになります。これは,飽和水蒸気圧よりも小さいので,すべて気体のまま存在し,水蒸気圧は0.075atmということになります。
しかし,全圧が3atmになるまで圧縮すると,水蒸気圧は3倍の0.15atmにはなれない(この温度での飽和蒸気圧0.10atmを超える)ので,一部が水滴になり,水蒸気圧は0.10atmになります。

こんな感じですが,疑問に対する回答になっていますでしょうか。

Q水の飽和水蒸気圧で説明できるでしょうか?

(1) 冬の寒い日などで、雪が降る前にはひどく咽喉が渇いて、空気が乾燥するように思うのですが、水の飽和水蒸気圧の関係でしょうか?

(2) ユニットバスの乾燥機を掛けて洗濯物を乾かすときに、とくに冬の乾燥した寒い日には、そのまま洗濯物を乾かすよりも、入浴後の湯気が残っているところで乾燥機を掛けるほうが早くよく乾くように思います。水の飽和水蒸気圧の関係でしょうか?

Aベストアンサー

雪が降る前
空気中の水蒸気量が減って相対湿度が下がるからです
気温に変化が無ければ飽和水蒸気圧は変わりません

入浴後の湯気が残っているところで
浴室の温度が高くなっていると思われます
浴室の飽和水上気圧が外気のそれよりも高くなっているはずですからよく乾くのです

Q蒸発が飽和蒸気圧まで続く理由は?

「液体も気体同様にその物質を構成している分子の運動エネルギーはその温度に応じた一定の分布をしている。その中で比較的大きな運動エネルギーをもっている分子が、分子間力を振り切って液面から飛び出していくのが蒸発である」「蒸発後の液体分子は平均エネルギーが下がり残った液体の温度が下がる」と教科書には書かれています。とすると蒸発後の液体はエネルギーの低い分子ばかりが残るはず。それでも、飽和蒸気圧まで蒸発が続くのはなぜですか。「大きな運動エネルギーをもった空気の分子が水分子に衝突→水分子は空気の分子からエネルギーを受け取る→受け取ったエネルギーを運動エネルギーとして結合を振り切って気体になる」というのを以前見た記憶がありますが、なにかしっくりきません。
アドバイスをお願いいたします。

Aベストアンサー

> 蒸発後の液体はエネルギーの低い分子ばかりが残るはず

断熱系ならそうなります.
断熱系でない場合は,回りから熱が供給されるので温度は回復します.
その熱供給は容器からだったり,空気分子の衝突からだったりするというだけのことです.

Q高校化学 気体・固体の溶解度、飽和蒸気圧について

高校化学 気体・固体の溶解度、飽和蒸気圧について

教えて頂きたいことがあります。
参考書や問題集を見ても、上記についてはっきりしないところが
あります。
細かいことかもしれませんが、
○気体の溶解度の温度は、気体の温度なのか液体の温度なのか
○固体の溶解度の温度は、気体の温度なのか液体の温度なのか
○飽和蒸気圧の温度は、気体の温度なのか液体の温度なのか

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

#1です。
形式的な質問なのか、何か、具体的な場面で問題になった疑問なのかが分かりません。

形式的な質問であれば形式的に答えるよりほかの方法がありません。
具体的な質問であれば具体的に答えることができます。

>固体の溶解度の温度は、気体(「固体」の間違いですいね)の温度なのか液体の温度なのか

固体の温度と液体の温度が違っていればどうなりますか。
溶かすのですから混ぜています。
混ぜれば同じ温度になるはずです。
溶解度はその混合溶液の温度で決まります。
この温度は元の固体の温度、元の液体の温度のどちらとも違っているでしょう。
全体を温めれば少し温度の高い状態での溶解度になります。

「溶かす」という操作を考えずに溶解度の数値だけを考えているように思います。

・飽和蒸気圧
 飽和蒸気圧の数値は、液体とその液体が蒸発した蒸気とが平衡状態にある時の値です。
「飽和」ですから「これ以上、蒸発で蒸気量を増やすことはできません」という状態が実現しています。「飽和蒸気圧」は「平衡蒸気圧」と考えても同じです。
蒸気と液体は液面で接触しています。
蒸気の温度と液体の温度は等しくなっています。液面の近くにある蒸気と少し離れたところにある蒸気とで温度や圧力が違っているということもありません。違っていれば平衡状態ではありません。
これが「飽和蒸気圧」の値を決める時の条件です。

この数値を具体的な場面に当てはめて考える時には違った条件になっていることがあります。
部屋の温度と水道から出てくる水の温度は同じではありません。
ビーカーでお湯を沸かしているとき、水温は当然室温よりも高いです。
部屋全体で見た時には平衡状態にはなっていないのです。
こういう場合のように、場所によって温度が違っていれば、その場所ごとで飽和蒸気圧の値も変わってくると考えます。
お湯が沸騰していれば水温はほぼ100℃でしょう。でも少し離れれば急激に空気の温度は低くなります。
飽和蒸気圧の値も100℃の時の値から急激に下がります。
出てきた蒸気はすぐに飽和を超えてしまいます。蒸気の拡散が素早く起これば飽和を超えることなく圧力が下がりますから目には見えません。拡散で圧力を下げることが間に合わない場合は蒸気の一部が液体に戻ることで新たな飽和状態を実現します。この場合は水滴ができます。湯気が見えるというのはこの場合です。

冷やした缶ジュースを冷蔵庫から取り出せばすぐに表面に水滴が付き始めます。
部屋の温度よりも缶の表面の温度が低いので、部屋の温度では飽和でなかったはずの水蒸気が缶の表面では飽和を超えてしまったのです。

どういうことを疑問に思っての質問かが分かりませんので、これで終わりにします。

おまけ:
沸騰という現象は平衡状態が成り立っていないからこそ起こるものです。まわりの空間に含まれている蒸気の圧力とその液温での飽和蒸気圧の差が大きいから起こるのです。
 容器の中に入っている液体と液体に接している蒸気とが平衡状態にあるとします。
  この温度をゆっくりと上げて行きます。
  いつも平衡状態が実現しているだろうということを確認しながら上げて行きます。
  沸騰は起こりません。

物理化学の教科書では「飽和蒸気圧」という言葉の代わりに「蒸気圧」という言葉が使われています。
「平衡状態が成り立っている」ということが前提になっているからです。
「蒸気圧」と言えば「平衡蒸気圧」のことだというのが前提だからです。
でもこれは日常では当てはまりません。部屋の中の水蒸気は飽和ではありません。

#1です。
形式的な質問なのか、何か、具体的な場面で問題になった疑問なのかが分かりません。

形式的な質問であれば形式的に答えるよりほかの方法がありません。
具体的な質問であれば具体的に答えることができます。

>固体の溶解度の温度は、気体(「固体」の間違いですいね)の温度なのか液体の温度なのか

固体の温度と液体の温度が違っていればどうなりますか。
溶かすのですから混ぜています。
混ぜれば同じ温度になるはずです。
溶解度はその混合溶液の温度で決まります。
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