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水以外の物質は状態図において融解曲線が正の傾きをもってますよね?このとき圧力を増やしていけば、融点が上昇し融解しにくくなることはわかるんですがますが、この圧力増大に伴う融解のしにくくさを体積を絡めて定性的な説明ができず困ってます。よろしくおねがいします。

A 回答 (4件)

物質の融解は、熱振動が粒子(原子・イオン等)の結合力(=引力)を上回ることで


起こります。

水以外の多くの物質では、固体の状態では粒子(原子、イオン等)は隙間なく
並んでいる状態と考えられます(最密充填かどうかは別として)。
これらが融解する場合、粒子間の距離は長くなる方向(=体積増加)になります。

(固体)
 ○○
○○○
 ○○
  ↓
(液体)
 ○ ○
○○ ○
○ ○

通常は、「熱振動による弾き合いの力>結合力による引力」となったときに
融解が起きります。
一方、ここに外部から圧力を加えた場合、圧力は粒子間の引力と同じく、
粒子間の間隔を狭くする方向に働きます。
つまり「熱振動による弾き合いの力>結合力による引力+圧力」となった
時に初めて、融解が起こるわけです。
(不等号の右辺に「圧力」が加算されるので、結果として左辺の熱振動も
より大きくなる必要が生じ、結果として融点が上昇する、と)


一方、例外的な水の場合ですが、これは氷になったときに体積が増加する
ことからも推測できるように、粒子(水分子)間に隙間があります。
このため、「粒子間の距離が伸びる」以外に、「隙間に粒子が落ち込む」こと
によっても融解が起こり得ます。

(固体)
 ○○
○  ○
 ○○
  ↓
(液体)
 ○
○ ○ ○
○ ○

これによって、水の場合は他の物質と違い、圧力を上げると融点が下がる、
という現象が起こることになります。

この回答への補足

水以外の物質については、だいぶしっかりと理解できました。
水については
「 このため、「粒子間の距離が伸びる」以外に、「隙間に粒子が落ち込む」ことによっても融解が起こり得ます。」
とありますが、これは圧力を上げると分子間の間隔が狭くなろうとして、水素結合がこわれて分子が中に入り込む=個体の状態が崩れる=融解ということでしょうか?

補足日時:2007/05/27 10:11
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No.3です。



> これは圧力を上げると分子間の間隔が狭くなろうとして、
> 水素結合がこわれて分子が中に入り込む=個体の状態が
> 崩れる=融解ということでしょうか?

はい、その通りです。
(水素結合には方向性があるので、固体(結晶)時の位置からずれると
 その働きが弱くなり、配列を保てなくなる(=融解する)、と)
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この回答へのお礼

ありがとうございました、納得のいく説明で疑問なく理解することができました。

お礼日時:2007/05/27 21:44

融解する時に体積が増えるとするならば、融解にともなって外部に対して仕事を行うことになりますので、その分だけ余分のエネルギーが必要になります。


その仕事量は、増えた体積と外部からの圧力の積に比例します。
したがって、増える体積が同じだとすれば、圧力が高いほど外部に対して行う仕事が多くなりますので、融解に必要なエネルギーが大きくなります。
結果的に、高圧の方が融解が困難になります。

ただ、上の議論は少々ごまかしています。つまり、高圧での融点の上昇が説明できていません。おそらくは、融解に要するエネルギーが増えるということは、融解するときの内部エネルギーが大きいということになり、それがすなわち融解のときの温度(すなわち融点)が高くなるということにつながるのだと思います。この辺りの議論は少々あやしいですが。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。物理的な視点ですね。

お礼日時:2007/05/27 21:49

平衡状態図において、圧力と融点の関係、すなわち融解曲線の座標をチェックすればわかるんじゃないですか。

そもそも、平衡状態図はそういうことを表したものですよね。
ちなみに、圧力が高くなるということは、体積を減少させる力として作用します。液体や固体では分りにくいかもしれませんし、気体ほどではないですが、圧力が高くなれば体積は減少します。
当然、融解曲線の傾いている方向によって、圧力が増大した時に、融点が高くなるか低くなるかが決まります。

この回答への補足

「圧力が高くなるということは、体積を減少させる力として作用します。液体や固体では分りにくいかもしれませんし・・」
この辺が・・・いまいち不明です。これは気体をピストンつきの容器に入れて外圧を大きくしていくときの場合が固体・液体にも(わずかながら)あてはまる、ということなんでしょうか。
ただ(融解曲線が正の傾きだった場合に)この圧力増加→体積減少→融点上昇→融解しにくくなるってことは状態図でかたづけずに、別の定性的説明でできないかなぁとわからず悩んでます。。すみませんがもうすこし補足お願いします。

補足日時:2007/05/26 08:13
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。確かに状態図を用いれば、すんなり議論が進むのですが。入試のこともあって・・・。

お礼日時:2007/05/27 21:45

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Q水の融解圧曲線

こんにちは!
質問があるのですが、水以外の物質は気圧が上がるにつれて融点が上がるのに、水はどうして気圧が上がるにつれて融点が下がるのですか?

Aベストアンサー

 難しい話は既に「自信あり」の回答がありますので,「自信なし」の私は簡単に。

> 水以外の物質は気圧が上がるにつれて融点が上がるのに、

 まず最初に,『気圧』じゃなくて,「圧力」ですね。「気圧」は「大気の圧力」,つまり「空気の圧力」です。今問題になっているのは,「ある物質に掛かっている圧力」ですので「気圧」ではありません。

 さて,圧力が上がるとどうなるでしょうか。風船などをギュッと押す事を考えると判る様に,気体の場合は体積が小さくなります。液体や固体でも基本的には同じです。体積が小さくなります。その結果,分子同士が接近しましますので,分子間に働く引力が強くなって分子同士を繋ぎ止めるようになります。結果,液体が固体に変化します。

 これで分かる様に,圧力が上がると,それだけ分子同士が接近しますので,固体になり易くなります。つまり,『融点が上がる』結果になります。

> 水はどうして気圧が上がるにつれて融点が下がるのですか?

 他の多くの物質は,+(δ+)電荷とー(δー)電荷の間に働く引力が分子間に働く引力であるのに対して,水の場合が他の多くの物質と異なるのは,分子間に働く引力は殆ど水素結合による点です。

 水素結合を形成するには,次に示すように「OーH・・・O」が直線に並ばないといけません。さらに,「OーH」や「H・・・O」の間に一定の距離が必要になります。つまり,分子同士が接近できる限界があります。

   ・・・OーH・・・OーH・・・
      |     |
      H     H

 圧力が上がった場合,液体なら下記の様に分子同士が接近する事も可能ですが,この状態では近づき過ぎて充分な水素結合が形成できないため固体状態にはなれません。つまり,『融点が下がる』結果になります。

    OーH
    |OーH
    H|
     H

 いかがでしょうか。

 難しい話は既に「自信あり」の回答がありますので,「自信なし」の私は簡単に。

> 水以外の物質は気圧が上がるにつれて融点が上がるのに、

 まず最初に,『気圧』じゃなくて,「圧力」ですね。「気圧」は「大気の圧力」,つまり「空気の圧力」です。今問題になっているのは,「ある物質に掛かっている圧力」ですので「気圧」ではありません。

 さて,圧力が上がるとどうなるでしょうか。風船などをギュッと押す事を考えると判る様に,気体の場合は体積が小さくなります。液体や固体でも基本的には同...続きを読む

Q水の状態図

水の三態と温度・圧力との関係をあらわした状態図において、固体から液体に融解する温度が右下がりなのはなぜでしょうか。圧力が高くなれば融解にもエネルギーが必要となるので、右上がりになるのではないかと思うのですが・・・。

Aベストアンサー

> 圧力が高くなれば融解にもエネルギーが必要となるので、右上がりになる

一般的な物質は、液体よりも固体の方が密に充填されているのでその通り
だと思いますが、水の場合は、「液体→固体」で逆に隙間ができます。
(隙間といっても、規則的な空隙ですが)

ここに他から圧力が掛かると、水分子の配列が歪まされる方向に働きます。
「配列が歪む」ということは、結晶状態が崩される(水の場合でいえば水素
結合が弱められる・断ち切られる)ということですので、結果として分子の
配列が崩れた「液体状態」になりやすくなる、ということだと思います。


参考までに、こちらは先日、似たようなご質問があった際にした回答;
(なんだか今回、かえってわかりにくい表現になってしまった気が・・・(汗))
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa3030799.html

Qヘンリーの法則がわかりません。

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どなたか、低脳の僕にもわかるように教えてください。本当によろしくお願いします。

Aベストアンサー

ヘンリーの法則自体は
「同温度では溶解度の小さい気体の溶解度は圧力に比例する」ということです。
定量の溶媒に1atmで0.5molとけたとすれば、2atmで1.0atm,3atmで1.5molとけるということです。要するに「比例」しているんです。
しかし、溶解度を体積で表すと、厄介なことになります。なぜなら気体は測定する圧力によって変わるからです。ボイルの法則PV=一定であるように、厳密には圧力に反比例するのです。

これからどうなるかというと,上記の気体の溶解度は1atmで1リットルとけるとすると、2atmで2リットル、3atmで3リットルというのが「ヘンリーの法則」の言うとおりです。ですが、この1リットルとかは1atmで測られたものなのです。ですが、3atmで溶ける気体のリットル量を言うときにわざわざ1atmでの気体のリットル量で言うというのはおかしいですよね。そこで、「ボイルの法則」により気体の体積は圧力に対して反比例することをかんがえると、3atmで溶ける気体3リットル(1atmでの体積)は、"3atm"では「1リットル」でなければなりません。こう考えると、つまりP1(atm)で解けているP1下で測定した気体L1(リットル)は、P2(atm)で解けているP2下で測定した気体L2(リットル)と等しい。つまりL1=L2となるのです。ここでL1とL2の測定が行われた圧力条件がそれぞれP1,P2とことなることに注意してください。

以上のように気体の溶解度を体積で表現する場合ややこしいのでこの上なく分かりづらいです。これをモルなどの測定圧力によらないものに換算して計算すれば後は単なる比例(ヘンリーの法則)で処理できます。
一般的に気体の溶解度が溶媒リットルあたりL(リットル)(標準状態において)と与えられた場合,溶媒(気体の体積ではないことに注意)=L3(リットル)、圧力=P3(atm)において解ける気体の量n(mol)は
n=L/22.4(標準状態での体積)xL3xP3
で求められます。
あとは、聞かれた条件下で状態方程式にnを代入して解ける体積なりで答えればよいのです。

最後に、簡単にまとめておくと、
1.「ヘンリーの法則は溶解度は圧力に比例する」といっている。(ただし、同じ圧力で測定した場合)
2.溶解度が体積で与えられた場合、測定する圧力により体積が異なる点が話をややこしくする。
3.1.2をうまく処理する為には測定する圧力にかかわらず一定である物質量(モル)などで処理した後聞かれている条件下に戻すほうが間違えにくい。(状態方程式が絡む以上、計算はややめんどくさくなるが。)

ということです。

ヘンリーの法則自体は
「同温度では溶解度の小さい気体の溶解度は圧力に比例する」ということです。
定量の溶媒に1atmで0.5molとけたとすれば、2atmで1.0atm,3atmで1.5molとけるということです。要するに「比例」しているんです。
しかし、溶解度を体積で表すと、厄介なことになります。なぜなら気体は測定する圧力によって変わるからです。ボイルの法則PV=一定であるように、厳密には圧力に反比例するのです。

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もう一つ質問なのですが、大学院は関西の大学院に進学を希望なのですが、その場合は九大のほうが良いですか?

Aベストアンサー

●北大後期624/750

●九大後期530/700

↑工学部の一番高い科の平均点です!
ここからセンター得点を配点換算して引くと2次正答率だいたい予想できます!

●北大も割と関西人居ますが~進学、就活…東日本がメインです!

※ただ院は試験さえパスすれば進学可能なので特に関係ないかと!?


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