圧力と沸点

圧力が下がると沸点が下がる理由を、分子の挙動についてもふれながら教えてください。
よろしくお願いします。

No.6 ベストアンサー 回答者： ojisan7 回答日時： 2005/07/07 00:43

分子論的に考えるより、現象論的な熱力学的な発想の方が理解しやすいのではないでしょうか。

Ｇｉｂｂｓの自由エネルギーとかエントロピーなどですね。この場合には温度に対する蒸気圧の上昇を表現した、クラペイロン・クラウジウスの式が役立つと思いますよ。きっと。

No.5 回答者： w-palace 回答日時： 2005/07/06 09:54

厳密な議論は出来ませんが、概要を述べます。

一般に温度が高くなるほど、分子の運動が激しくなり、液体状態を保つ原因となっている分子間力による束縛から解放されて、気体状態へと変化する分子が多くなります。
このため、温度上昇にともなって、液体の飽和蒸気圧が上昇することになります。
ここで、沸点の定義を考えてみますと、ある圧力のもとで沸騰の始まる温度と言うことになります。
すなわち、飽和蒸気圧と外気圧とが同じになったところが沸点ということです。
結果的に、圧力が低い方が、低い温度で外気圧と飽和蒸気圧が同じになるということになり、これの言い方を変えると、圧力が低くなるほど沸点が低下すると言うことになります。

No.4 回答者： 38endoh 回答日時： 2005/07/05 22:09

私は門外漢ですが、アドバイスだけ。

沸騰という、液体がある温度で「一斉に」気体になる協同的で劇的な変化、すなわち「相転移現象」ですが、これを「分子レベル」で理解しようというのは、非常に難しいことです。これは統計力学の範疇ですので、「統計力学＋相転移」などをキーワードに調べてみては如何でしょうか。

なお、分子を一切絡めず、単に圧力と沸点との関係だけを議論したいならば、クラウジウス・クラペイロンの式を持ち出して議論すればよいでしょう。

No.3 回答者： doc_sunday 回答日時： 2005/07/05 16:47

＃２のお答えに補足します。

メンドイので水で代表させます。
大気圧下の「開放系」にある水はその温度での「水蒸気圧」の水蒸気(気体)と液体の水の平衡状態下にあります。
今、温度が上がると水内部、および表面での水分子の運動が激しくなるため「水蒸気圧」が上がります。
水蒸気圧が気相の全圧力に等しくなると、沸点になります。
沸騰とは「液体の内部からも気化が起こる状態」と定義されます。ただし実際の沸騰過程は複雑で「開放系」で沸点を精密に測定することは「出来ません」。
気相の全圧を下げればより低い温度で「水蒸気圧」は気相の全圧に等しくなりますので、沸点の降下が観測できます。
なお、超純水を使った沸点の観測では「閉鎖系」で温度を1000分の1度程度ずつ変化させながら圧力も非常に細かくコントロールし「可逆過程」での「沸点」を測定しています。

No.2 回答者： aka_tombo 回答日時： 2005/07/05 14:44

沸点というのは沸騰が起きる温度ですね。

沸騰とは液相と気相が同時に存在でき、液相中から気化が起きる現象を言います。
一方、水は温度が高くなるほど分子の運動エネルギーは高くなって固相から液相、気相へと変化していきます。
大気圧下で100℃になると水の気相（水蒸気）が大気圧を破って沸騰状態になります。大気圧とのつりあいが破れたわけです。
もしも大気圧が通常よりも低ければ平衡はもっと低いレベルで破れるのでもっと低い温度（少ないエネルギー）で気相に移行できます。従って、沸点が変わります。

No.1 回答者： keroro001 回答日時： 2005/07/05 14:23

自信なし

こんなことを遠い昔本で読んだ記憶が・・・

・物質の分子は常に振動している
・振動がまったく無くなる温度が絶対零度
・温度が上がればより激しく振動する
・液体でいられない振動になる温度が沸点
・空気の分子が物質の振動を邪魔している
・圧力が下がると振動を邪魔する空気の分子が減る
・同じ温度でも物質の分子が振動しやすくなる

・・・箇条書きですいません。上手く説明できんかった。