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密閉容器に液体を入れ熱を加えた時一定の温度になると、蒸発する分子の数と凝縮する分子の数が等しくなり蒸発が止まったように見える、気液平衡の状態になる。とあったのですが、開放容器中で液体を加熱したときには、液体から飛び出した分子が容器外へと飛び出してしまい分子が液体に凝縮されず気液平衡の状態にはならないと思うのですが、開放容器中で液体を熱したときも気液平衡の状態になるのはなぜですか?

A 回答 (4件)

開放容器であっても,外に逃げていく速度に比べて蒸発速度が十分に大きい場合には,すくなくとも気液界面近傍では平衡状態で近似できるような状態になりえます.通常われわれが観察するような沸騰条件ではそういう場合は多いでしょう.しかし,保証の限りではありません.


ある限られた時間範囲内での現象を議論するときに,平衡という近似を使っても問題ないでしょう(定常状態近似の一種).しかしそれはあくまでも「近似」にすぎません.
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この回答へのお礼

参考にさせていただきます。
ありがとうございました。

お礼日時:2008/10/16 21:38

確実に液体の体積が減っていくわけで


平衡ではあり得ません

無風で低温で蒸気密度の大きい物質なら
#3の方のような近似が可能ですが
熱しているのですから
ここでは平衡に近い状態にもならないと考えるべきです

たとえば加熱しているのに水がほとんど減らないという状況が
あり得るでしょうか?
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

お礼日時:2008/10/16 21:39

>開放容器中で液体を熱したときも気液平衡の状態


にはなりません。

熱しているのだから、温度が上がって外気の蒸気圧よりも蒸気圧が高くなり蒸発が進むでしょう。
熱しているのに温度が上がらないのなら、蒸発していて潜熱を奪われているのだから、平衡ではありません。
熱しなくてもふつうは気液平衡にはなりません。コップの中の水は密封されていなければ、蒸発してなくなってしまいます。

>開放容器中で液体を熱したときも気液平衡の状態になる
例がありますか。

何か勘違いされているのではないでしょうか。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

お礼日時:2008/10/16 21:37

開放系では、基本的に気液平衡にはならないと思われます・・・



どういった資料にそうあったのでしょうか?

この回答への補足

開放容器中で液体を加熱していくと、液面のすぐ近くの蒸気の圧力は、
その温度で決まる飽和蒸気圧まで増加しており、やがて外圧と等しくなる。とあったのですが、液体と熱平衡にある蒸気の圧力が飽和蒸気圧(蒸気圧)であるため、「飽和蒸気圧まで増加しており」という文から
開放容器中で液体を熱したときも気液平衡の状態になると考えたのですが

補足日時:2008/10/12 18:48
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

お礼日時:2008/10/16 21:36

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Q蒸気圧ってなに?

高校化学IIの気体の分野で『蒸気圧』というのが出てきました。教科書を何度も読んだのですが漠然とした書き方でよく理解できませんでした。蒸気圧とはどんな圧力なのですか?具体的に教えてください。

Aベストアンサー

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できます。
また、油が蒸発しにくいのは油の蒸気圧が非常に低いためであると説明できます。

さきほど、常温での水の飽和蒸気圧が0.02気圧であると述べましたが、これはどういう意味かと言えば、大気圧の内の、2%が水蒸気によるものだということになります。
気体の分圧は気体中の分子の数に比例しますので、空気を構成する分子の内の2%が水の分子であることを意味します。残りの98%のうちの約5分の4が窒素で、約5分の1が酸素ということになります。

ただし、上で述べたのは湿度が100%の場合であり、仮に湿度が60%だとすれば、水の蒸気圧は0.2x0.6=0.012気圧ということになります。

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できま...続きを読む

Q気液平衡と沸騰

真空の密閉容器に水を十分に入れて気液平衡になるまで待ったとします。
この時、密閉容器内の水蒸気の圧力は飽和蒸気圧。
よって密閉容器内の水にかかる圧力は飽和蒸気圧。
と言うことは、
密閉容器内の水の蒸気圧=密閉容器内の水にかかる圧力(水の蒸気圧)となっているので
沸騰してしまうのですか??

もしこれが沸騰してしまうとしたら、気液平衡時は常に沸騰するのですか??

Aベストアンサー

平衡状態では沸騰は起こりません。

>密閉容器内の水の蒸気圧=密閉容器内の水にかかる圧力(水の蒸気圧)となっているので沸騰してしまうのですか??

混乱は「蒸気圧」の意味にあるようです。
(1)左辺で使われている「蒸気圧」が実際に空間を満たしている水蒸気の圧力の意味だとするとこの等号は成り立ちます。でもこれはは何の意味も無い式です。密閉容器内の空間には水蒸気しかないのですから「水蒸気圧=全圧」は当たり前のことなのです。沸騰の判断にはなりえません。

(2)沸騰は
密閉容器内の水の蒸気圧>密閉容器内の水にかかる圧力(水の蒸気圧)
のときに起こります。
左辺の「蒸気圧」とはその温度できまる「可能な蒸気圧」の意味です。空間に存在する実際の蒸気の圧力ではありません。右辺の「蒸気圧」は実際に存在する蒸気の圧力です。その意味では同じ言葉を使うと混乱します。左辺は「飽和蒸気圧」とするほうがいいでしょう。その値にまで蒸気が生じていれば平衡になっています。沸騰は非平衡で起こる現象です。平衡が実現されていくプロセスにおいて起こる現象なのです。不等号を等号にもって行く途中で見られる現象です。その意味ではよく熱力学で使われる「準静的に」という条件が成り立っていないことになります。
等号が成り立てば平衡です。
したがって平衡状態で沸騰が起こるということはありえません。沸騰が起こればまだ平衡になっていないのです。液相から気相への一方的な物質の移動が起こっているのですから平衡状態ではありません。

(3)空間に空気がある場合は
全圧=空気圧+水蒸気圧>水蒸気圧
です。(この「水蒸気圧」は実際に空間の中にある水蒸気の圧力です。)飽和水蒸気圧>水蒸気圧であれば蒸発が起こりますが
全圧>飽和水蒸気圧であれば沸騰は起こりません。密閉容器内ではゆっくり加熱していくと沸騰は起こらないことになります。
急激な加熱をした場合には沸騰が起こる場合があります。
温度T1で平衡にあるとします。水蒸気圧は温度T1での飽和水蒸気圧に等しいです。温度をT2に上げたとします。
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全体を均一に加熱するのではなくて水だけを加熱するということをやると沸騰が起こりやすくなります。

#2で書かれている内容は空気のある場合です。
質問は空気の無いときです。

減圧した時に沸騰が起こるというのは上の空間の気体(空気と水蒸気)をなくしていくわけですから平衡が敗れます。全圧<飽和蒸気圧となってしまっていますから蒸気を補う形で沸騰が起こります。水蒸気は供給できても空気はもはや供給できませんのでポンプで引いている限り平衡は実現しません。いつまでも沸騰が続くことになります。引くのをやめると平衡が実現し沸騰が止まります。このときは空気はもうないとしていいでしょうから水だけの平衡になっています。

平衡状態では沸騰は起こりません。

>密閉容器内の水の蒸気圧=密閉容器内の水にかかる圧力(水の蒸気圧)となっているので沸騰してしまうのですか??

混乱は「蒸気圧」の意味にあるようです。
(1)左辺で使われている「蒸気圧」が実際に空間を満たしている水蒸気の圧力の意味だとするとこの等号は成り立ちます。でもこれはは何の意味も無い式です。密閉容器内の空間には水蒸気しかないのですから「水蒸気圧=全圧」は当たり前のことなのです。沸騰の判断にはなりえません。

(2)沸騰は
密閉容器...続きを読む

Q立法メートル=リットルの換算式がわかりません。

すいません。すごく困っているので、誰かお助けください!

超文系の私。立法メートルをリットルにどう換算してよいのか
わからないのです。

どなたか教えてください!お待ちしております。

Aベストアンサー

答えは出ていますので,補足。
昔の単位では1リットル=1000.028立方センチメートル(水1kgが,1気圧の条件下で,密度が最大となる温度=3.98℃で占める体積)でした。
これが今の1リットル=1000立方センチメートルになったのはたしか1964年です。

今回出ていない単位も含めて,もういっぺんまとめますと,

縦・横・高さ1cmの立方体の体積=1立方センチメートル=1ミリリットル=1cc
(ccは,立方センチメートルを意味するcubic centimeterの略語)

これの1000倍が,
縦・横・高さ10cmの立方体の体積=1立方デシメートル=1リットル

さらに1000倍すると,
縦・横・高さ1mの立方体の体積=1立方メートル=1キロリットル

です。なお,リットルの記号は小文字(l)でも大文字(L)でもよいことになっています。

Q体心立方格子は、なぜ存在する?

原子の結合が球対称なら、普通に球を詰めたら、最密充填の面心立方格子か六方格子になると思うのですが、体心立方格子の結晶が存在するのはなぜでしょうか?

例えば、ビー玉を箱に入れて体心立方格子に組んでも、箱を振ったら面心立方になってしまうような気がします…

Aベストアンサー

ご指摘通り、私の前回アドバイスの面心立方の原子間距離は間違ってますし、12ヶの正五角で正12面体が形成されます。前回の回答は撤回します。

懲りずに再び考えました。原子間の結合が重要だと思います。
私も、単一原子から結晶ができるためには、
(1)原子が互いにくっついていることが、
第一条件と思います。しかし、最密充填が出現するのは、原子間の結合力がごく弱い場合ではないでしょうか(例えば、ビー玉同士の間のように)。
原子の結合をバネとして単純化すると、(1)の条件以外に、
(2)特定の原子は最も近い格子点群からバネで接続されて釣り合っていることと、
(3)格子群(結晶)を、(2)の特定の原子が別の格子点の位置を占めるよう平行移動させときに、代わりに(2)の特定原子の位置に来る原子の周りで、移動前の(2)と同じ状況が出現すること、
が必要と思います。
結晶となるためには、原子自体よりも、いわば"バネによる保持組織"が最密に充填する構造であることが必要と考えるわけです。
体心立方格子は、(2)"バネによる保持組織"で、その集合体が(3)の条件を満たす最小単位になってます。
最密充填構造は、(3)の条件を自動的に満たしてますが、面心立方格子は(2)の状況で安定しているとは思えません。バネによって支えられる安定な形態は、線状分子ではバネ2本、膜状分子では3本で安定になると思います。三次元構造では、正多面体の各頂点から同じバネで中点が均等に支えられる状況が安定となる。多面体の中で(3)の条件を満たすものは正六面体で、これが体心立方格子にあたります。
最も安定となりそうな正四面体とその中心点からなる原子群は(3)の条件を満たしませんが、それら4ヶ(多分)を平行移動させつつ連結させた立方形(シリコンとかダイヤモンドの単位格子)は(3)を満たします。シリコンとかダイヤモンドでは、s-p混成軌道で結合できる角度が決まると説明されてますが、まず複雑な混成軌道が存在し、その結合枝の方向に原子が繋がっていくという説明は恣意的で力強さに欠けると思います。これらは(共有)結合力が強いために最も単純な4本の結合構造を取るのであって、s-p混成軌道はその手段のような"気"がします。
シリコンや炭素が正四面体を基本要素とするダイヤモンド構造を取り、金属が正六面体にあたる体心立方構造を取る傾向があるのは、原子間の結合強度の違いが原因と予想します。炭素のように(共有)結合が強いと、単純な4本のバネによる支持構造を取り、結合が弱い金属では、比較的緩いバネでも安定する8本支えとなっているように思えます。

ご指摘通り、私の前回アドバイスの面心立方の原子間距離は間違ってますし、12ヶの正五角で正12面体が形成されます。前回の回答は撤回します。

懲りずに再び考えました。原子間の結合が重要だと思います。
私も、単一原子から結晶ができるためには、
(1)原子が互いにくっついていることが、
第一条件と思います。しかし、最密充填が出現するのは、原子間の結合力がごく弱い場合ではないでしょうか(例えば、ビー玉同士の間のように)。
原子の結合をバネとして単純化すると、(1)の条件以外に、
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Q水素結合とはどういうものですか?

現在、化学を勉強している者です。水素結合についての説明が理解できません。わかりやすく教えていただけないでしょうか?また、水素結合に特徴があったらそれもよろしくお願いします。

Aベストアンサー

要は、「電気陰性度の大きい原子に結合した水素と、電気陰性度の大きい原子の間の静電的な引力」です。
電気陰性度の大きい原子というのは、事実上、F,O,Nと考えて良いでしょう。
電気陰性度の大きい原子と結合した水素上には正電荷(δ+)が生じます。また、電気陰性度の大きい原子上には負電荷(δー)が存在します。

水素が他の原子と違うのは、その価電子が1個しかないことです。つまり、他のイオンとは異なり、H+というのは原子核(通常は陽子)のみになります。他のイオンの場合には、内側にも電子格殻が存在しますので、原子格がむき出しになることはありません。
ご存じと思いますが、原子核というのは原子のサイズに比べてはるかに小さいために、H+というのは他のイオンとは比べ物にならないほど小さいといえます。もちろん、正電荷を持つ水素というのは水素イオンとは異なりますので、原子殻がむき出しになっているわけではありませんが、電子が電気陰性度の大きい原子に引き寄せられているために、むき出しに近い状態になり、非常に小さい空間に正電荷が密集することになります。
そこに、他の電気陰性度の大きい原子のδーが接近すれば、静電的な引力が生じるということです。
そのときの、水素は通常の水素原子に比べても小さいために、水素結合の結合角は180度に近くなります。つまり、2個の球(電気陰性度の大きい原子)が非常に小さな球(水素原子)を介してつながれば、直線状にならざるを得ないということです。

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