化学の気液平衡状態についての疑問です！ 蒸発ということについて悩んでいます。 私の理解では 蒸発は液

化学の気液平衡状態についての疑問です！

蒸発ということについて悩んでいます。
私の理解では
蒸発は液表面にある分子で、それが分子間力から離れられるだけの運動エネルギーを持っているとき、その分子が離れること。
ここで一つ目の疑問です。
液体内部では蒸発は起こりえないんですか？


次は沸騰の外圧との関係性について悩んでいます。
私の理解では
どんな時でも液内部で蒸発が起こる現象は起きているが、その蒸発による液内部にできた蒸気が液表面まで行けるかどうかは外圧による。
液内部にできた蒸気の蒸気圧[←これは飽和蒸気圧ですか？私はそう思ってます。]が外圧(+水圧)と等しくなっている時は液表面まで(密度の関係より)上昇して沸騰が見られる。

それで、今悩んでいるのは表面の蒸発と外圧の関係です…
表面の蒸発は外圧によらないんですか？
つまり潰されないんですか？

No.5 ベストアンサー 回答者： doc_somday 回答日時： 2018/10/15 13:27

重大なのは密閉でも容積が可変か不変かで変わるというところ。

可変とは液体に加わる気相の圧力が例えば大気圧と常に等しい場合で、サランラップをかぶせた場合です。特にラップの下に水以外の気体が全く無いと沸点以下では飽和蒸気圧分の水はラップを押し上げることができません。その分の気体は外圧に押し潰され液相に戻ってしまいます。溶解してしまうと言った方が良いでしょう。
一方容器の容積が不変で水で満たされていない場合は気相があるわけですが、その場合気相の水蒸気分圧は他の気体の圧力と無関係に飽和蒸気圧です。
密閉で容積が可変の場合、沸点を超えると沸騰が起きなくても水はどんどん気化し液相が無くなるまで気化し続け、あとは気体の物性だけになります。
容積不変の場合、沸点に達するのは複雑でそれは沸点とは無関係になるからです。なぜなら気相がはじめ他の気体を含んでいない場合、気相は水の飽和蒸気圧になっています。そしてどんどん温度が上がれば大気圧とは無関係に飽和蒸気圧は上昇し、充分な量の水が存在すると臨界状態に達してしまい、それ以上の温度では気相と液相の界面の無い超臨界水になってしまいます。
非常に面白い物性を持っており、例えば二酸化炭素やメタンの超臨界流体はコーヒー豆から香料成分やカフェインなどを抽出するのに既に四十年も前から使われています。
大気圧に戻せば溶媒の部分は冷えたまま蒸発し欲しい成分を壊さずに得ることができるからです。

この回答へのお礼

本当に丁寧な回答ありがとうございました！

外圧が関係してくるのは容器が可変の時ですね！
その時気体の体積が一定なら外圧と釣り合ってるし、減るのなら外圧の方が高く、増えるのなら外圧の方が低い。
だから先の実験のようなものは、可変の容器だから100度になると外圧と飽和蒸気圧が等しくなり浮き上がり、100度未満なら飽和蒸気圧が外圧に押しつぶされ凝縮が起こる。。

おー！解決しましした！！！！


本当にありがとうございました！！

お礼日時：2018/10/15 15:31

No.4 回答者： doc_somday 回答日時： 2018/10/14 18:19

＞液体内部

定義からして蒸発は起きません。蒸発は気液界面での現象です。
＞表面の蒸発は外圧に
外圧が何を意味しているか分りません。全圧のことなら無関係です。分圧のことなら飽和蒸気圧以上には「見かけ上」気化しません、飛び出すと同じ数だけ液化するからで、その時エネルギーを授受します。

この回答へのお礼

外圧について私自身一番疑問になっているところで、あなたの回答でなんか勘違いをしているのだと思えました！
ありがとうございます！

ということは
密閉空間において外圧とは容器に加わっている圧力とは無関係で、容器内に存在するある特定の気体の圧力のことを指すんですね！


もしよろしければもう少しだけ答えていただけませんか？


私は化学の授業の際にもわからず、先生に質問しても分からなかったものがあり、そのテーマは、

水はなぜ100度で沸騰するのか？

設定されている条件は、
教室などの容器が大気圧にさらされている空間で
水面にサランラップを密着させて熱する。

100度未満なら何も変化がない
→理由の説明。外圧が蒸気圧より大きいから。(疑問:蒸気圧って飽和蒸気圧？)(疑問:なんで大きいからって何も変化がないのか？)
ここでまず通常の蒸発の概念とこんがらがりました。外圧が蒸発に関係するのか？と

100度になると沸騰が起きて、サランラップと液面の間に水蒸気がたまり、サランラップが上昇していく。
→理由の説明。外圧と蒸気圧が一致して、釣り合うから気体が発生する。(疑問:釣り合ったらなぜ気体が発生できるのか？)
ここでまた蒸発と外圧との関係が見えなくなりました。

もともとは外圧と蒸気圧って関係ないと思ってましたがこれにより全く分からなくなりました。

この後に沸点を高くする低くするための方法について考えることになりました。
それぞれ外圧を大きくする小さくするというのが答えでした。

未だに外圧がなぜ沸騰に絡むのかよくわかりませんでした。
飽和蒸気圧は密閉空間での気液平衡における蒸気圧。
蒸気圧はただの蒸気の圧力だか開放でも密閉でも存在できるのか？

長くなってしまいすみません。

お礼日時：2018/10/14 23:30

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2018/10/14 12:55

No.1です。

＞蒸気圧って密閉空間でしか存在しませんよね？

いいえ。密閉だろうが開放だろうが存在しますよ。
大気中の「水蒸気圧」の、その温度における「飽和蒸気圧」に対する割合が「湿度」（ただしくは「相対湿度」）ですから。

＞大気圧というのは液表に加わってる力ですか？
＞密閉空間なのに大気圧ってどのように加わっているのかがわかりません…

密閉であろうが、開放であろうが、液表面に加わる力が「圧力」です。
密閉空間なら「そのときの容器内の圧力」だし、開放なら「大気の圧力=大気圧」です。

#1 で「大気圧」と書いたのは「開放」液面を想定したからで、より一般的に書けば

①蒸気の蒸気圧＞液面に対する圧力　なら「液体→気体に飛び出す分子数＞空気中から液体中に飛び込む分子数」
だし、
②蒸気の蒸気圧＜液面に対する圧力　なら「液体→気体に飛び出す分子数＜空気中から液体中に飛び込む分子数」

となります。


＞大気圧が液表に加える圧力がすべての液体分子に満遍なく加わり、そこ伝わった圧力が液体内部にできた蒸気にも加わって蒸気圧とは水を媒介して伝わった大気圧によって潰されると思ってました…

「潰される」というマクロ的な現象を、「液体→気体に飛び出す分子数＜空気中から液体中に飛び込む分子数」というミクロ的な現象における「気液境界面の動き」と考えてみてください。

この回答へのお礼

わざわざ回答ありがとうございました！
液内部でどれくらいなどは問われないから考えないほうがよさそうですね！

お礼日時：2018/10/14 23:09

No.2 回答者： むらさめ 回答日時： 2018/10/14 12:10

>液体内部では蒸発は起こりえないんですか

液体の表面から気化が起こる現象を蒸発といいます、液体の内部で蒸発は怒らないです
液体から気体へ相転移する気化が、液体の表面からだけでなく内部からも激しく起こる現象は蒸発ではなく沸騰と言います、
飽和蒸気圧が外圧と等しくなった時にこの相転移で沸騰が起こります

蒸発も沸騰も外圧の影響を受けます、その影響を図に表したものの例が状態図になります

熱力学的な部分に踏み込んでいるので、凄く難しい事を考えておられるように感じました。
化学に物理的力学的な考え方を導入した学問を習わないともう少し深い議論が難しいと感じます

この回答へのお礼

回答ありがとうございます！！
外圧によって変わるものは凝縮速度ということですか？
凝縮と蒸発が同じ速度の時の気体の示す圧力が飽和蒸気圧ですか？

沸騰は飽和蒸気圧と外圧が等しくなった時に起きる。
つまり
見かけ上、液量が変化してない状態の蒸気圧と外圧とが等しくなった時に内部からも気体への変化が起きて全て気体になるということですか？


自分でもなんかもやもやしてて何が悪いのかわかってないので質問がまとめられなくてすみません。

密閉空間における外圧ってなんですか？

お礼日時：2018/10/14 12:49

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2018/10/14 12:08

＞それで、今悩んでいるのは表面の蒸発と外圧の関係です…

＞表面の蒸発は外圧によらないんですか？
＞つまり潰されないんですか？

何に「潰される」のですか？

①蒸気の蒸気圧＞大気圧　なら「液体→気体に飛び出す分子数＞空気中から液体中に飛び込む分子数」
だし、
②蒸気の蒸気圧＜大気圧　なら「液体→気体に飛び出す分子数＜空気中から液体中に飛び込む分子数」
です。

液中なら②は「液体のまま」ですし、①は液中に「気体」が生成（つまり沸騰）します。
液表面ならこの2つはどちらも同じように行われます。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます！！

大気圧が液表に加える圧力がすべての液体分子に満遍なく加わり、そこ伝わった圧力が液体内部にできた蒸気にも加わって蒸気圧とは水を媒介して伝わった大気圧によって潰されると思ってました…

また疑問なのですが
蒸気圧って密閉空間でしか存在しませんよね？
大気圧というのは液表に加わってる力ですか？
密閉空間なのに大気圧ってどのように加わっているのかがわかりません…

お礼日時：2018/10/14 12:40