沸騰がなぜ外圧と関係するのか、蒸気圧が外圧と等しくなるとなぜ沸騰するのでしょうか?
また水に不揮発な物質を融解するとなぜ蒸発が妨げられるのでしょうか?
化学の宿題で教科書や参考書を読んだのですが自信がありません。
教えていただけないでしょうか?

A 回答 (1件)

>>沸騰がなぜ外圧と関係するのか


沸騰とは、液面を境にして大気と、液体内部にできた気泡との圧平衡が破れることによって突発的に起きる現象だからです。
沸点にある液体というのは、液面という壁の両側で、蒸気圧と大気圧がすごい力で力くらべをしているのです。

>>蒸気圧が外圧と等しくなるとなぜ沸騰するのでしょうか?
厳密には蒸気圧と外圧とが等しくなった段階ではまだ沸騰はおきません。
液体中の気泡のまわりにある液の表面張力が、気泡が破れるのを防ぐ手助けをしているからです。
つまり沸騰は、蒸気圧>外圧+表面張力 になった瞬間に起こります。

>>また水に不揮発な物質を融解するとなぜ蒸発が妨げられるのでしょうか?
不揮発成分と水分子がゆるやかな結合をするからです。
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この回答へのお礼

回答有難うございます。ぜひ参考にさせていただきます。

お礼日時:2001/10/13 17:30

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Q蒸気圧と蒸発

熱を与え、液体の蒸気圧を大気圧と等しくすると、液体が沸騰して気体になり、液体は次第になくなる、というのはわかるのですが、大気圧と同じ圧に達する以前の状態でも放置すると蒸発して液体がなくなるのはなぜなのでしょうか?エネルギーを与えなくても、液体の分子が気体になるエネルギーをもつということなのでしょうか?
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

相平衡というものがあります。簡単に言ってしまえば、ある温度の液体の水(あるいは氷)に対して、温度に対応する圧の気体の水(水蒸気)が存在します。100℃なら1気圧(101.3 kPa)ですが、300 K(27℃)ならば0.86 kPa、272 K(-1℃)ならば0.562 kPaの水蒸気圧が存在します。もし密閉容器ならそのままの蒸気圧で安定です。つまりある温度で決まる水蒸気圧と、液体の水が平衡になります。
すなわち自由エネルギーに差はありません。エンタルピーは吸熱でプラス(ΔH>0)に対して、蒸発でエントロピーが増大し(ΔS>0)、ΔG=ΔH-TΔSでゼロの所が水と蒸気圧の平衡のところです。
乾いた空気が来る、などの外乱によってその温度での飽和の水蒸気が持ち去られるから平衡を保とうとして蒸発が起こるのです。
蒸発部分にだけ着目するならエネルギー供給は必要ありません。

しかしもし、系が断熱系で真空排気すればΔH>0ですから、温度がどんどん下がって行きます。もし系が等温系ならば、たとえば周りの空気などと熱平衡を保ちつつ(熱をもらって)温度は維持されつつ蒸発が起こります。

相平衡というものがあります。簡単に言ってしまえば、ある温度の液体の水(あるいは氷)に対して、温度に対応する圧の気体の水(水蒸気)が存在します。100℃なら1気圧(101.3 kPa)ですが、300 K(27℃)ならば0.86 kPa、272 K(-1℃)ならば0.562 kPaの水蒸気圧が存在します。もし密閉容器ならそのままの蒸気圧で安定です。つまりある温度で決まる水蒸気圧と、液体の水が平衡になります。
すなわち自由エネルギーに差はありません。エンタルピーは吸熱でプラス(ΔH>0)に対して、蒸発でエントロピーが増大し(ΔS>0)、Δ...続きを読む

Q蒸気圧と沸騰現象及びClausius-Clapeyronの式について

(飽和)蒸気圧と沸騰現象について説明、
エベレスト山頂(8800m)の気圧は700hpaであった。水は何度で沸騰するかをClausius-Clapeyronの式を誘導してどう求めるのかを教えて下さいm(__)m
ちなみにlalm=1013hpa△H=40.7kj/molです。
よろしくお願い致しますm(__)m

Aベストアンサー

#3です。
しつこいようですが、もう1度。

1.原始的に、
この近辺の温度範囲ではΔH=40.7[kJ/mol]は一定とする。
体積変化は液相の体積を無視し、100[℃]、101.3[kPa]のときの体積変化を使う。

1[mol]について、
ΔV=0.0224[m^3/mol]*373/273=0.0306[m^3/mol]
100[℃]のときの蒸気圧の温度勾配を求めてみる。
dp/dT=40.7[kJ/mol]*10^3[J/kJ]/(373[K]*0.0306[m^3/mol]=3.57*10^3[Pa/K]

エベレスト山頂(8800m)の気圧は317[hPa]=3.17*10^4[Pa]ととすると、それになるための温度は、
(3.17.0-10.13)*10^4[Pa]/(3.57*10^3)[Pa/K]=-19.5[K]

だから、沸点は373[K]-19.5[K]=353.5[K]=80.5[℃]
ということになるが、

これは温度勾配が一定としたときの話なので、逆にこの条件でエベレスト山頂の温度勾配を求めると、
ΔV=0.0224[m^3/mol]*353.5/273*10.13/3.17.0=0.0978[m^3/mol]
dp/dT=40.7[kJ/mol]*10^3[J/kJ]/(353.5[K]*0.0978[m^3/mol]=1.18*10^3[Pa/K]

この2つの温度勾配の平均を取って計算をやり直すと、
dp/dT=(1.18+3.57)/2*10^3=2.37[Pa/K]
(3.17.0-10.13)*10^4[Pa]/(2.37*10^3)[Pa/K]=-29.4[K]

だから、沸点は373[K]-29.4[K]=343.6[K]=70.6[℃]

としていいだろう。

実際、
317[hPa]での沸点は70.4[℃]ほどか。

2.普通は(1)式を積分して使う。

lnP=-ΔH/RT+C

か。

log(10)(P2/P1)=-(ΔH/2.303R)(1/T2-1/T1)

で求める。

#3です。
しつこいようですが、もう1度。

1.原始的に、
この近辺の温度範囲ではΔH=40.7[kJ/mol]は一定とする。
体積変化は液相の体積を無視し、100[℃]、101.3[kPa]のときの体積変化を使う。

1[mol]について、
ΔV=0.0224[m^3/mol]*373/273=0.0306[m^3/mol]
100[℃]のときの蒸気圧の温度勾配を求めてみる。
dp/dT=40.7[kJ/mol]*10^3[J/kJ]/(373[K]*0.0306[m^3/mol]=3.57*10^3[Pa/K]

エベレスト山頂(8800m)の気圧は317[hPa]=3.17*10^4[Pa]ととすると、それになるための温度は、
(3.17.0-10.13)*10^4[...続きを読む

Q液圧が飽和蒸気圧以下になると沸騰するのはなぜ?

既出でしたらすみません。
キャビテーションの説明であるのですが、液圧が飽和蒸気圧以下になると沸騰するのはなぜでしょうか?
原理的に理解したいのですが、いまいち理解できないのでご協力お願いします。

Aベストアンサー

No.2です。
 キャビテーションと沸騰の関係。大気圧とかじゃなくて、「界面で何が起きているか」を理解しないとなりません。No.2で申しましたように(浸透圧も沸点上昇も凝固点降下)も同様です。
 液体の気化は沸点だけで起きているわけではなく、その界面が存在するところで常に起きています。
  気体(気相)    これは、濃度の異なる流体の境界、溶質の溶けている(気/液)界面
気化↑↓凝結     (固/液)界面・・・
 ̄ ̄液体 ̄ ̄ ̄(液相)

 境界に衝突する粒子の数は、濃度が高いほど増えます。気体側から衝突して凝結する数と液相側から気相に飛び出す粒子の数が平衡に達する圧力が蒸気圧です。
 No.2で説明しましたが、「沸騰とは蒸気圧が大気圧に打ち勝つ現象ではありません。」「沸騰を始めるときの圧力が飽和蒸気圧」でもありません。それらは沸点を示しているだけです。沸騰とは、液相内部に偶然にできた気相--泡--が成長し続ける状態です。
 ここを間違えている人はとても多い。そのためにキャビテーションが理解できない。

 水中の気泡 ○ を考えるとお分かりのように界面は大きく丸まっています。沸点はあくまで界面が平面な状態ですが、曲面です。当然、取り囲む数が多い分、液体分子からの引力のほうが多くなりますから、気泡はたとえ沸点を超えていても成長することはできません。
 この気泡は沸点に近い温度ではなく、より低い温度でもミクロ的には常に起きているのです。
 ここでこの気泡を押しつぶそうとする圧力が減少すると、気相液相間のバランスが崩れて泡が成長します。そして、圧力が元に戻ったら急激に潰れて==気体になった分子が液体に戻る==ために、激しく潰れる。その現象が繰り返されることがキャビテーションです。

沸点上昇:気液界面で界面に衝突する分子の数が減少するため
凝固点降下:固液界面で・・・
浸透圧:濃度の高いほうが衝突分子が少ない
沸騰:気<液 なのでそれに勝る温度が必要。沸点<沸騰温度

>容器内の圧力を下げる(液圧が下がる)ことは、
>周囲の圧力が下がることと同じと考えればよろしいでしょうか?
 そうではなくて、発生する気泡内の圧力(パスカルの原理)が、局所的に低下することと、その圧力が逆転することが要因です。その原因は液体の粘性・表面張力による減圧です。

No.2です。
 キャビテーションと沸騰の関係。大気圧とかじゃなくて、「界面で何が起きているか」を理解しないとなりません。No.2で申しましたように(浸透圧も沸点上昇も凝固点降下)も同様です。
 液体の気化は沸点だけで起きているわけではなく、その界面が存在するところで常に起きています。
  気体(気相)    これは、濃度の異なる流体の境界、溶質の溶けている(気/液)界面
気化↑↓凝結     (固/液)界面・・・
 ̄ ̄液体 ̄ ̄ ̄(液相)

 境界に衝突する粒子の数は、濃度が高いほど増えます。気体側...続きを読む

Q127℃の飽和蒸気圧にならないのはなぜですか?

27℃において容器A(8.3L)と容器B(4.15L)はコックCによって繋がれているものがある
コックCは開いており、A、Bには水が入っていて飽和蒸気圧2.7×10^3Paを示している

今Cを開けたまま、Bのみを127℃にした
この時の圧力を求めよ

何ですが答えは2.7×10^3Paです

理由は B内の液体が蒸発してAに移動するからA内で凝縮して液体の水になるから
27℃の飽和蒸気圧になるようです


なぜ27℃の飽和蒸気圧になるのでしょうか 
127℃の飽和蒸気圧にならないといえるのはなぜですか?

確かに27℃のAに液体がありますがBにも127℃の水蒸気があるので圧力が変わらないと言うのは不思議です

Aベストアンサー

温度が127℃になったからといって、圧力が飽和蒸気圧になる必要はありません。
飽和蒸気圧とは127℃の蒸気の最大圧力であって、蒸気自体の圧力はそれ以下となることを禁じているわけではありません。

実際にBの蒸気圧が27℃の飽和蒸気圧を超えるとAとBに気圧差が生じ蒸気の流れが発生します。
Bの蒸気がAの蒸気を押し込んだ、と考えればよいでしょう。
押し込まれたAの蒸気は圧力が上がろうとしますが、飽和蒸気圧以上の圧力になることは出来ないため、一部が結露することで圧力を減らします。
反面、B内の蒸気は膨張するため圧力が減少します。B内に水が残っていれば飽和蒸気圧になるまでB内の水が追加で蒸発します。

このことを繰り返すうちにB内の水が全て蒸発してしまうと、B内の蒸気は膨張に伴い圧力が現象を始めます。最終的にA内の圧力とつりあう圧力になるまで膨張が続きます。

Q融解→融点、沸騰→沸点、昇華→??

タイトルの通りです。
昇華点で良いのでしょうか?

Aベストアンサー

昇華点でよいと思います。
参考までに↓

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%98%87%E8%8F%AF


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