飽和蒸気圧曲線について質問させてください.
この曲線は,ある物質の飽和蒸気圧を
温度ごとにプロットしたものですよね.
したがって定温密閉下で理想気体を圧縮してゆくと,
初めの内はボイルの法則に従い圧力が増大しますが,
飽和蒸気圧に達したところで液化が始まり,
それ以上圧縮しても液化が進むのみで圧力は変わらない,
と高校で習いました.
ここまでは良いのですが,私が疑問に思うのは,
よく飽和蒸気圧曲線の下方(低圧側)に「気体」,
上方に「液体」と書きこまれていることです.
「気体」エリアの(温度,圧力)は,
「気液平衡下で存在し得る気体の温度・圧力の組合せ」
として理解できるのですが,
「液体」エリアのそれは何を意味するのでしょうか?
化学の先生に聞いてみたところ,

「それは液体の圧力です」
「液体に圧力なんてあるんですか?(どうやって測るんだろう?)」
「たとえば深海ではものすごい水圧がかかっているでしょう」

ということでした.
その時はそれで納得したのですが,
深海の水圧は重力が無ければかからないはずであり,
上の話とは本質的に異なるような気がします.
どなたか教えていただけないでしょうか.

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A 回答 (3件)

 あなたの質問の意図は「液体」=圧力による体積変化が「無い」のに何故に違う圧力の液体が存在するのかということだと思います。


 http://ccd.kek.jp/~ueji/openhouse96/states/state …
 http://irws.eng.niigata-u.ac.jp/~chem/itou/bce_b …
の資料による、三重点や臨界点に関することはよくご存じだと思います。
 液体でも固体でもかなり高圧になると体積が減少します。10気圧~100気圧程度で次式が成り立つ。(液体)

 V=V0(1+1/V0(∂V/∂T)P0(T-T0)
   -1/V0(∂V/∂T)T0(P-P0))

なんですが、結局、圧力ににより圧縮されて体積が減少するのです。で、これが液体の圧力になります。
 測定にはいろいろな器具があります。(高圧では、固体のひずみを応用したもの、低圧ではガス圧を利用したブルドン管など)潜水艦でも航空機でも外圧の測定は重要ですから。
 後の疑問はその通り。地球の重力によって、地上の圧力は生じています。地上1気圧は上空の空気の重さですから、重力がなければ圧力はない。同様に水圧も生じない。のですが、閉じこめられた空間では、圧力=分子の運動エネルギーが壁面に与える力積ですから、重力が無くても圧力は存在します。
 かなり、物質の「本質」に関する疑問ですから、もっと先生に質問してみて下さい。

参考URL:http://ccd.kek.jp/~ueji/openhouse96/states/state …
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この回答へのお礼

ありがとうございます.まさにそこが疑問でした.というより自分の中でも「何が疑問なのか?」がクリアでなかったのに,それをdragon-2さんは見事に明文化してくださいました.お答えをいただいた後さらに考えたのですが,次のように理解してよろしいでしょうか?すなわち,「気体を圧縮して液化」する操作を(定温を保ちながら)どんどん続けて行けば,気体は飽和蒸気圧のままで,体積が物質量とともに減少し,ついには全てが液化してしまう.そこで気が付けば「液体を飽和蒸気圧で押している」ことになる.「液体エリア」の圧力は,その状態からさらに圧縮したときの圧力である……こういうことでしょうか?

お礼日時:2001/02/05 00:35

補足を拝見しました。

お、お。そういうことでしたか。

 水滴の圧力と平衡しているのは空気の圧力。つまり乾燥空気+飽和水蒸気で出来た気体(=空気)の圧力です。
 飽和水蒸気圧というのは、この空気圧の一部を占める分圧である、水蒸気圧の上限のことです。だから例えば水滴に1気圧掛かっていても、飽和水蒸気圧<1気圧で矛盾はありません。残りの圧力は窒素・酸素の圧力です。
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この回答へのお礼

本当にいつもお付き合い下さいましてありがとうございます.なるほど,「周りの気体と圧力が一致する」というのは,気液平衡の話ではなくて,広い意味での「作用・反作用の法則」のことだったのですね.密閉容器内に液体だけが存在する状態で圧縮した場合,ピストンに加わった圧力と液体の圧力が一致する,というのと同じことですね.

お礼日時:2001/02/05 13:42

「液体の圧力」でオッケーですよ。

気体と圧力が一致してます。
深海の場合はその上にある水と、さらにその上にある大気の圧力が掛かっている。海面の水の圧力は1atm=空気の圧力と同じで、深さが10m増すごとに約1atmづつ増えます。
でも試験管の中では水自体の重さによる圧力はほとんど無視できますから、周りの気体と圧力が同じとして構いません。

下記URLはご参考になるかどうか分かりませんが...

参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=27567
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この回答へのお礼

ありがとうございます.やはり「液体の圧力」で正しいのですね.「周りの気体と圧力が一致している」というのは,飽和状態に関しては分かるのですが,曲線より上にある圧力は「液体では可能だが気体では不可能な圧力」のはずですよね?そう考えるとまた分からなくなってしまいます……(ごめんなさい).もう少し考えます.

お礼日時:2001/02/05 00:34

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naohana_2005さん 今日は!
■線(直線、曲線、矢印...)↓
http://www.shinki-kaitaku.com/s13_column/partner04/p015.html
内容:線には、いくつかの種類がありますが、主に使うのは以下の4つ   です。a.直線 b.曲線c.矢印d.フリーフォームについて説明   されてます。
●曲線を描く↓
http://office.microsoft.com/ja-jp/powerpoint/HP051922171041.aspx
●PowerPoint で描画する↓
http://office.microsoft.com/ja-jp/powerpoint/HA101962731041.aspx
内容:[図形描画] ツールバー (ツールバー : コマンドを実行するのに使用するボタンやオプションを含むバー。ツールバーを表示するには、[ユーザー設定] ダイアログ ボックス ([ツール] メニューの [ユーザー設定] をクリックして、[ツールバー] タブをクリックします) を使用します。)の [オートシェイプ (オートシェイプ : アプリケーションにあらかじめ用意されている図形のこと。長方形や円などの基本図形、さまざまな線種、コネクタ、ブロック矢印、フローチャート、星とリボン、吹き出しなどがあります。)] をクリックします。[線] をポイントし、 (曲線) をクリックします。
以上を参考にされ図形の加工で「太くする」・「影をつける」・「3Dにする」
で好みの曲線矢印にして下さい。
PowerPointで作成し難ければWordで作成して其れをPowerPointに戻せます。

naohana_2005さん 今日は!
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などの飽和蒸気圧曲線が掲載されている文献が必要なのですが、
どの文献を調べたらいいでしょうか?どうか教えてください。
よろしくお願いします。

インターネットで調べた所,以下のような参考になるサイトは見つけたのですが,できれば文献の方がいいので。
以上宜しくお願いします。

http://www.uprise-system.co.jp/P14_ch_jouki.html

http://www.sdk.co.jp/html/products/finegas/detail/cf4_c.html

http://www.sdk.co.jp/html/products/finegas/detail/c2f6_c.html

Aベストアンサー

NIST Chemistry WebBook / Search for Species Data by Chemical Formula
http://webbook.nist.gov/chemistry/form-ser.html
Thermodynamic Data の Phase change にチェックを入れて検索して、Antoine Equation Parameters のところをみて下さい。

NIST Chemistry WebBook / Thermophysical Properties of Fluid Systems
http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/
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こんなの?
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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。
この温度は元の固体の温度、...続きを読む


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