痔になりやすい生活習慣とは?

水の蒸気圧が大気圧と同じになるため、加えた熱が水の気化に使われる、との理屈は分ります。しかし、もっと大量の熱を加えたら、気化に使う熱エネルギー以上の熱を加えたら100℃以上に成り得るように思えるのです。実際ならないのは何故ですか?

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A 回答 (7件)

#5



>水の温度は、下は-273度から上は数万度以上までいけます。

本当ですか。
太陽の表面温度が6000℃です。
数万℃というのは凄い温度です。
その温度で水の分子が存在しているとは思えません。
3500℃で分解すると書いてあるサイトを見つけました。
http://comtecquest.com/hint/hint001.html

>そのときに、固体・液体・気体・超臨界流体(とプラズマ)のどの状態になるかは、温度と圧力で決まります。

超臨界流体というのは臨界温度以上で実現する液体、気体という区別をすることができない状態のことです。
水の臨界温度は674K=374℃です。超高温というほどのものではありません。

プラズマになった水とはどういうものでしょう。
プラズマになる前にHとOの結合が切れてしまっているはずです。それは水ではありません。
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>100℃で気化する理由は100℃で蒸気圧が大気圧に達するから



「気化」は液体から気体への状態変化を表す言葉です。
気化を2つに分けることができます。
「蒸発」: 液体の表面で気化が起こる
「沸騰」: 液体の表面と内部の両方で気化が起こる(内部で気化が起これば泡の発生が見られる)

「蒸発」は液体である全温度範囲(沸点と融点に間の全ての温度)で起こります。
従って100℃で気化が起こるというう表現は誤りです。

沸騰は液体の内部に泡が存在できる条件が満たされれば実現します。
・泡の内部にはその液体の蒸気が詰まっているはずです。
・その蒸気の圧力はその温度での飽和蒸気圧です。
・泡にかかる外部の圧力は2つの原因の合わさったものです。
 1つはその上にある液体の圧力です。もうひとつは液面にかかる気体の圧力です。

泡の内部の圧力が外部からの圧力を超えるという条件が満たされない限り泡は存在することができません。
外部の圧力が1気圧であれば内部の圧力は1気圧以上です。
飽和蒸気圧が1気圧になる温度が100℃ですので泡のできる条件は100℃以上という事になります。
沸騰の起こる条件はもう一つあります。
外部の空間に含まれている水蒸気の圧力が飽和蒸気圧に達していない事です。
水と水蒸気の平衡状態が実現していなければ平衡を実現する方向の変化が起こります。蒸気の量を増やす様な変化です。それが気化です。表面から起こる気化はいつでも可能です。これが蒸発です。内部からの気化がもし起こるような条件が実現されていれば泡が出てきます。これが沸騰です。
気化が起これば気化熱の分だけ液体は熱を失います。熱源がなければ気化によって液体の温度が下がります。
1gの水が気体になる時に必要な熱量は540calですからものすごく大きいのです。100gの水の温度が5.4度も下がってしまう熱量です。加熱を続けていないと沸騰は続きません。加熱を必要としない沸騰は周囲の圧力を下げた時に起こります。そのときの温度で決まる飽和蒸気圧よりも外圧を低くすれば内部からの泡の発生が可能になります。

液体の温度を下げて行くと凝固が起こります。ところが場合によっては凝固点よりの温度が低くなっているのに凝固が起こらないことがあります。過冷却というう現象です。凝固が起こるためにはやはりきっかけが必要なのです。ゆすってやるとかかき混ぜてやるという事をやると全体が一度に凝固してしまうという映像がTVでもよく出てきます。沸騰でもこれと同じことが起こります。その時の気圧で決まる沸点よりも温度が高くなっているのに沸騰しないのです。どうしてかなと容器を覗き込んだとたんぼこっと沸騰が起こって中の液体が噴き出してしまうという事故も起こります。突沸と呼ばれることもあります。
融点とか沸点の性質は平衡状態に近い状態を維持しながら温度や圧力を変えていった時のものです。
平衡状態から大きくずれた状態では平衡状態で予想されること以外のことが起こる可能性があります。

>実際ならないのは何故ですか?

「実際ならない」というのを確かめたわけではないでしょう。
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この回答へのお礼

詳細な回答をありがとうございます。
100℃以上にならないのは、気化に必要な熱量が大きいからのように読み取れましたが、そうですか?
突沸のような特別な場合はともかく、もっと大きな熱を加えても液体が100℃以上にはならないのでしょうか?ほとんどの場合で突沸が起こるのでしょうか?

お礼日時:2011/11/30 02:12

水の温度は、下は-273度から上は数万度以上までいけます。


そのときに、固体・液体・気体・超臨界流体(とプラズマ)のどの状態になるかは、温度と圧力で決まります。
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no.3 修正です。


100度に>100度以上に
です。
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水(液体)の温度は100度になり得ます。


圧力鍋で 実現します。
鍵は熱エネルギーよりも 圧力(気圧)ですよ。
http://ja.wikipedia.org/wiki/圧力鍋
もご覧ください。
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液体の水はNo1さんの通りです。

100度を越すと気体の水になります。
気体の水は100度を越えて存在します。すなわち加熱すれば200度でも300度にもなります。

100度以上の水は気体になって存在する、気体になれば100度以上になる、そう考えれば簡単かと思います。

ちなみに温度が上がれば体積も増えます。もし、絶対に壊れない容器というものがあり、その容器に水をいれ密閉し加熱すればどんどん温度は上昇します。
が、そのような容器は存在しませんので温度を上げ圧力の限界がくれば水蒸気爆発となります。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
「100℃で気化する理由は100℃で蒸気圧が大気圧に達するから」
この理屈は正しいですか?

お礼日時:2011/11/28 06:29

大気圧で気化する限り 100度で気化するので


それ以上の熱を加えた場合は 気化する速度が上がるだけになります。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
「100℃で気化する理由は100℃で蒸気圧が大気圧に達するから」
この理屈は正しいですか?

お礼日時:2011/11/28 06:29

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Qヤカンの中の水は100度?

仮定の話ですみませんがずっと謎だったんで教えてください。

水(純水)ってどうやっても100度がMAXですよね。
では出口のないヤカンに水が入っているとして、こいつを超高火力でガンガンに熱するとすると中の水の温度はどうなるんですか?100度?それとも変わらずの温度?但し、ヤカン自体が変形や朽ちるとか無しです。ヤカンでなくともそういう特殊な容器に例えているものとしてください。

仮に100度ならもっと熱が上がらない物質例えば40度程度の物質なんかだったらそのなかで生き物は生きてられるのかな?なんてどうでもいいことを思ってます。

きっかけは車やバイクの水冷式なんですがあれって数百度に上がってるエンジン熱をずっと冷ましてるんでしょ。この熱って水の方はもう吸収しないのにどうやって逃がし続けてるの?って思ったんですけど。

Aベストアンサー

> 水(純水)ってどうやっても100度がMAXですよね。

 それは、1気圧の場合という前提条件が付きます。

 100度以上になります。圧力が高くなると水でも100度以上になります。逆に高山のように気圧が低くなるともっと低い温度で沸騰します。

 さて、容器の一部に水を入れた時点で、空気部分の気圧は1気圧です。

 加熱し始めると、水が蒸発し始めます。内部の気圧は「元々の気圧+水蒸気圧」になりますので、圧力が高まります。

 高い圧力は水が沸騰するのを妨げようとしますので、100度になっても沸騰はしません。

 容器の強さしだいですが、(容器に穴が開いたりして)仮に沸騰を始めたとしたら、その時は100度を遙かに超えた温度になっているでしょう。

 実際、チムニーという海底の煙突みたいな噴出口から熱水が噴出している場合がありますが、噴出直後は100度を軽く超えていますね。でも、海水の圧力がすごいので、沸騰はしません。わき上がって上昇していく間に、海水の圧力も下がりますが、熱水の温度も下がりますので、結局沸騰しないでただの水になります。

 その途中で溶けていた成分が固まります。最近話題になっている海底の「レアアース鉱床」はそうやってできます。

 ちなみに、コンマ何十桁まで測れるような温度計があれば、ふつうのヤカンの中の沸騰水も100度を超えていることがわかると思います。

 というのは、ヤカンは出口が非常に狭くなっていますので、中の気圧(水蒸気圧)は1気圧をわずかですが超えているからです(だから蓋がもちあがる)。

 40度の水温で生き物が生きていられるか、どころの話ではありませんよ。

 100度の熱湯でも、マイナス200度を超えた絶対温度ゼロ近くでも、宇宙空間に放り出しても死なない虫はいます。質問者さんの住んでいる家の庭の、石垣あたりに住んでいるはずの「クマムシ」という虫の仲間です。

 もちろん100度の熱湯の中では活動はしませんが、死んでない、熱湯から取り出せばまた元通り活動し始めるという意味では「生きている」ことになります。


 バイク等の水冷エンジンは、・・・ バイクだと前輪の後ろ(エンジンの前)にラジエターという網みたいなの(たくさんの管)があるでしょ。

 エンジンで熱せられた熱水はその網(管)みたいな所を通る間に、その網状の管の周囲を通り抜ける空気によって冷やされます。

 冷えた温水がまたエンジンのところへ行ってエンジンを冷やすというという具合に循環していますので、水温は100度以下(記憶によると80度くらい?)に保たれます。

 でも、ラジエーターに穴が開いたりして水が足りなくなる(空気が入る)と循環できなくなりますので、エンジンのそばにあった水は沸騰してしまいます。いわゆるオーバーヒートという状態です。

 でも、小さな穴が開いたとしても密閉に近い状態なので、オーバーヒートした時は水蒸気圧で高圧になっており、水温はおそらく100度を超えているはずです。だから、あわててラジエーターの蓋をあけるととんでもないことになります。
 

> 水(純水)ってどうやっても100度がMAXですよね。

 それは、1気圧の場合という前提条件が付きます。

 100度以上になります。圧力が高くなると水でも100度以上になります。逆に高山のように気圧が低くなるともっと低い温度で沸騰します。

 さて、容器の一部に水を入れた時点で、空気部分の気圧は1気圧です。

 加熱し始めると、水が蒸発し始めます。内部の気圧は「元々の気圧+水蒸気圧」になりますので、圧力が高まります。

 高い圧力は水が沸騰するのを妨げようとしますので、100度になっても...続きを読む

Qなぜ100度になっていない水も蒸発するのでしょうか?

中一の子供に
「水は100度で蒸発するって習ったけど、部屋や外に置いてある水が、沸騰してないのに、ちょっとずつ蒸発してるのはなんで?」
と聞かれました。
どなたか中学生にもわかるように、説明していただけるかたいらっしゃいませんでしょうか!(自分もそういわれると、気になってしょうがなくなりました・・笑)

Aベストアンサー

 「今日はじめじめしてますね」とか、「異常乾燥注意報発令中」とか聞いたことありませんか? どれも、湿度つまり空気中の水蒸気の量を問題にしている言い方です。もっと直接的には「今日の○○時の湿度は△△%程度です」などという表現をすることもあります。

 この湿度というのは何を基準にしているかというと、その時の温度で、空気中に存在することが可能な水蒸気量です。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるというわけです。

 さて、液体の水は、互いに結びついて完全に固くはならない(氷にはならない)けれど、完全に切り離されてばらばらにもならない(水蒸気にならない)状態にある水の「分子」の集まりです。この集まりの中には、ちょっと"元気な"分子もいて、中には空気中に飛び出してしまうものがあります。一方、空気中の水蒸気の中にはちょいと"元気"がなくなって、"おとなしくしている水"の仲間に加わるものもあります。

 このような性質を持つ水を、空気といっしょに密閉容器に半分くらい入れて温度が一定の状態に保ってみましょう。最初は水蒸気がなかった、つまり完全に乾燥した空気があるとします。初めのうちは、水の中の"元気者"がどんどん出て行って空気中に広がり、湿度が上がっていきます。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるので、そのうち容器の中の空気は水蒸気でいっぱいになってしまいます。湿度100%です。こうなってしまうと、後は、ちょいと"元気がなくなって"水に戻る分子と"元気よく"水から飛び出す分子の割合が等しくなって、見かけ上何も変化が起こらなくなります。

 密閉容器の場合は、上記のようになりますが、水が部屋や外にある場合は、空気は大量にありますしどんどん入れ替わりますから、周囲の空気の湿度が何かの理由で100%にならない限り、水からは分子が逃げ出す一方になります。そのために、からっとした季節には、雨上がりにあった水たまりがいつの間にか蒸発してなくなったり、洗濯物がよく乾いたりするわけですね。逆にじめじめした季節には乾きが悪くなります。

 ちなみに、水は1気圧のもとで100℃で沸騰します。このときも蒸発は起こっていますが、水の表面ではなくて内部でいきなり気体になる(この現象を「沸騰」と呼んでいます)分子の方が圧倒的に多くなるので、目立たなくなります。

("元気"のような擬人的な表現を使いましたが、本来は"運動エネルギー"のような物理用語を使わなければいけません。中学生にもわかるように、ということですので、敢えて"禁断の"表現法を使いました。)

 「今日はじめじめしてますね」とか、「異常乾燥注意報発令中」とか聞いたことありませんか? どれも、湿度つまり空気中の水蒸気の量を問題にしている言い方です。もっと直接的には「今日の○○時の湿度は△△%程度です」などという表現をすることもあります。

 この湿度というのは何を基準にしているかというと、その時の温度で、空気中に存在することが可能な水蒸気量です。空気には含むことができる水蒸気の量に限界があるというわけです。

 さて、液体の水は、互いに結びついて完全に固くはならない(...続きを読む

Q状態変化で,融点や沸点で温度が一定に保たれるしくみ

水の状態変化で,氷をゆっくり加熱していったときに,
融点や沸点で,状態変化が終わるまで,温度が一定に保たれます。

教科書では,加えた熱が,すべて状態変化に使われるからとだけ書いてありますが,
そうなるしくみがわかりません。

なぜ温度が上がらずに一定になるのでしょうか。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>水の状態変化で,氷をゆっくり加熱していったときに,
融点や沸点で,状態変化が終わるまで,温度が一定に保たれます。

固体から液体への変化、液体から気体への変化の両方でこのようなことがなりたっているということですね。でも本当でしょうか。

液体から気体への変化の場合について考えてみます。
・・・もしかしたらおかしいところがあるかもしれません。

液体の水をゆっくり加熱していったとします。
「温度が高くなり、蒸発が盛んになり、ある温度で沸騰が始まる、・・・」
という流れが想定されていますね。
でもこの想定が成り立つためにはいくつかの条件が必要なのです。

(1)「ゆっくり加熱する」
これはどういう意味でしょう。「ゆっくり加熱する」と「ゆっくり温度が上がるように加熱する」とは違いますね。加える熱量がある値以上でなければ温度は上昇しません。蒸発は常に起こっています。気化熱が必要ですから周りからの熱の供給が少なければ温度は低くなります。水1gの温度を1度上昇させるのに必要な熱量が1calですが1gの水が気体になるためには600cal近い熱量が必要になります。蒸発が起これば温度は下がります。「ゆっくりとした変化」は熱力学的な現象を扱う場合にはいつも出てくるのですが機械的にそれを使うと意味を失ってしまう場合があります。この場合は「ゆっくりと温度が上がっていくように加熱する」です。沸騰まで持っていくにはある程度強い加熱が必要であるというのは普段、経験していることだと思います。でもまあ、そういう意味だとして「ゆっくりと加熱する」という言葉が使われているとします。

(2)「ゆっくり」という言葉が出てきている背景には普通の熱力学で扱っている現象の説明、関係式が平衡状態を前提としたものであるという事情があります。物質の状態を考えているときはその物体の全体がいたるところで同じ温度になっているということも条件になっています。ところが熱力学的な現象であると思われている「沸騰」は平衡状態での現象ではありません。平衡状態が成り立つ条件に近い状態を作ろうともしていません。逆に平衡が成り立たない条件が設定されているからこそ起こる現象です。この辺は多くの人が誤解していることだと思います。

(3)熱力学的に平衡が成り立つ条件に近い状態を実現しながら液体から気体への状態変化を起こさせようとする場合はどういう条件のものになるでしょうか。
(イ)水の状態変化を考えているのであれば密閉容器の中に気体の水と液体の水だけが存在する場合を考える必要があります。密閉容器の内部では気体と液体との間での平衡が実現します。この時の蒸気圧は飽和蒸気圧です。温度ごとに飽和蒸気圧が決まります。温度をある値に固定して圧力を測定します。また別の値に変えて測定します。それぞれの温度では平衡状態が実現しているようにしてから測定します。教科書に載っている表やグラフが「蒸気圧」という名前になっているのはこのような閉じた系での平衡蒸気圧が前提になっているからです。ビーカーで水を沸騰させるというような場合は開放空間でやっています。平衡状態の実現は初めから念頭にありません。
(ロ)その容器を加熱してゆっくりと温度を上げていきます。
(i)容器の体積が変化しないとします。温度が上がると気体の量が増えます。圧力も高くなります。でも沸騰は起こりません。ただ温度が高くなっていくだけです。ある温度まで行くと気体と液体の区別がなくなってしまいます。各温度で平衡が成り立っているように時間をかけて測定することが可能です。(沸騰は起こりませんが沸点は決まります。蒸気圧の温度変化が測定で得られるのであれば沸点は決まります。液面にかかる圧力(=蒸気圧)を1気圧とした時の温度が標準沸点です。)
(ii)容器にピストンがついていて体積を変化させることができるとします。この場合はピストンを通じて一定の圧力Poが外部からかかっているという設定になります。この圧力に飽和蒸気圧が等しくなる温度をToとします。また容器内の温度をT、この温度での飽和蒸気圧をPとします。
T<ToであればP<Poですから容器内には液体しか存在していません。
ゆっくり温度を上げていってT=Toになったとします。この時P=Poになります。これで初めて容器内に気体が出現します。でもはじめ存在しなかったのですからちょうどToのままであればやはり気体は存在しません。わずかにToよりも高くなったところ(To+δT)で気体が出現します。この時の蒸気圧はPo+δPです。つり合いが破れますのでピストンが動きます。気体の供給が続くのであればピストンは動きつづけます。気体の供給はTo+δTという温度が維持されていれば途絶えることはありません。液体が全部なくなるまでピストンは動き続けるでしょう。・・・・「状態変化が完了するまで温度一定が維持される」に当てはまるのはこの場合です。これを沸騰についてもあてはまるとすると変なことになります。
この温度を維持するためにはかなりの熱量が必要です。ピストンを動かすために必要な仕事と気化熱です(熱力学の教科書で「蒸発のエンタルピー」と呼ばれている量はこの2つのエネルギーを合わせたものです)。T<Toで加熱していた時の熱量に比べてドンと大きくなります。
ここで考えたことは平衡状態からのずれが小さいという仮定の下でも実現しうることです。
表面で起こる気化と内部で起こる気化とを比べると内部でおこる気化のほうが少し大きなエネルギーが必要ですので平衡状態からのずれが小さい場合を考えているのであれば内部からの気化は考えなくてもいいはずです。

(4)開放空間で加熱していったときにはどうなるでしょう。空気の存在下での加熱です。
蒸発は任意の温度で起こります。蒸気はすぐに液面から離れて拡散していきますからいつまでたっても平衡状態は実現しません。液面にかかる圧力は空気の圧力と蒸気の圧力の和です。蒸気は拡散していますのでどれくらいの圧力を示すのかは不確定です。その温度での飽和蒸気圧に比べてかなり小さい値しか示さないはずです。蒸発は液体の表面から起こります。しかしある温度で内部からの気化もおこるようになります。泡が発生します。これが沸騰です。沸騰は外部条件によって起こるか起こらないが決まる現象です((3)で考えたような密閉容器の中の気体をゆっくり加熱していった場合には沸騰は起こりません)。沸騰によって生じた気体は拡散で広がって行きますから飽和は実現しません。表面近くで泡が生じる場合と液体内部の下の方から泡が生じる場合とでは必要な蒸気圧が異なります。泡の内部の蒸気圧が異なるということは温度が異なるということです。したがって沸騰が起こっている時の温度は一定であるとは言えません。表面近くでぽつぽつと泡が出ているときと、全体からぼこぼこ泡が出ている時では温度は異なっています。液体内部での温度勾配もかなりあります(対流が起こっているというのは目で見てもわかります。伝導でなくて対流が起こるためには温度勾配がある値を超えている必要があります)。でも泡が発生しているという状況ではあまり大きな温度の違いはないでしょう。10度の20度も変わるということは起こらないのです。気化熱が大きいということが決め手になります。(泡の内部では気体と液体が平衡状態に近い状態にあります。気体が閉じ込められているからです。この部分について上の(3)(ロ)(ii)で考えたのと似た内容の変化が起こることになります。でも泡は上に移動して液面で消えてしまいます。ピストンのついているシリンダーの長さが短い場合に似た状況にあることになります。)

密閉容器を定圧条件でゆっくり加熱していったときには状態変化が終わるまで温度一定が維持されています。そういう風にゆっくりと加熱するということが可能です。沸騰が起こらないような加熱が可能です。でも沸騰が起こるような加熱であればかなり大雑把に「ほぼ一定」としか言えません。

融解では生じた液体が気体のように拡散しやすい状態ではありません。ゆっくりした加熱が可能です。融解熱も必要ですが気化熱に比べて小さい(約1/6)です。でも氷の内部まで均一に加熱するというのはむつかしいです。 外側からゆっくり溶けていきます。融けるときに融解熱を周囲の水からもらいますから水の温度は下がります。熱源に近い部分と氷と接触している部分との間に温度差がありますが加熱がゆっくりであれば温度差を小さい状態に抑えることができるでしょう。加熱がきつければ温度勾配も大きくなります。

融解においても「状態変化が完了するまで温度は一定である」というのは「ほぼ一定に抑えることができる」という意味でしかありません。長い時間のかかる「ゆっくり」です。

わかりにくい長い文章になってしまいました。
書きながら考えたということでこういうことになりました。
書き直す元気がありませんのでこのままにします。

>水の状態変化で,氷をゆっくり加熱していったときに,
融点や沸点で,状態変化が終わるまで,温度が一定に保たれます。

固体から液体への変化、液体から気体への変化の両方でこのようなことがなりたっているということですね。でも本当でしょうか。

液体から気体への変化の場合について考えてみます。
・・・もしかしたらおかしいところがあるかもしれません。

液体の水をゆっくり加熱していったとします。
「温度が高くなり、蒸発が盛んになり、ある温度で沸騰が始まる、・・・」
という流れが想定されてい...続きを読む

Q水の沸点が100℃の理由

水の沸点が100℃とされる理由について、水の飽和蒸気圧と、水の表面に接する気体の圧力(おそらくこの場合は大気圧のことかと思われます)との関係から考察せよ

という宿題が出ているのですが、色々調べてみても、どうもしっくりくる答えが出てきません。
分かる方、是非ご協力お願いいたします。

Aベストアンサー

この手の内容は教科書の中に必ずあったと思いますが。。。
宿題を人の力に頼ると自力で解決する力が減ります。 それは覚悟してください。

さて、本題ですが、水の沸点が100℃の理由は 大気圧内での水の沸点を 100℃ とし、 水が凍る温度を 0℃ と決めたからです。

宿題の本題はそこにあると言うより、 「なぜ 100℃ から上昇しないのでしょうか?」 を聞いているものと思います。
理由:
沸騰していると言うことは、同時に加熱もされている訳です。 それが、100℃を超えないのは、沸騰により水の表面から水が盛んに気化します。 加熱と気化熱で奪われる熱が平衡するところが沸点(100℃) なのです。 もちろん大気圧においてです。

例えば密閉された容器(ボイラーなど)に入った水を加熱すると 沸点は 数100℃(500℃前後とも)に達します。  
また、逆に真空に近い環境では 極端に沸点が下がります。 高い山に登った人が頂上でご飯を炊こうとした時、ちゃんと炊けなかったというのを聞いた事がありますか? 沸点が100℃ に達しないので芯が残ってしまったのですね。

今では圧力鍋があるのでその様なことは無いと思います。 圧力鍋は先のボイラーの例と同じで水の沸点を上げてやっているわけですね。
上の理由の部分だけで答えになっていると思います。 他の事は補足説明です。

教科書をもう一度、見直してみましょう。どこかに違う形で書いてあるはずです。

この手の内容は教科書の中に必ずあったと思いますが。。。
宿題を人の力に頼ると自力で解決する力が減ります。 それは覚悟してください。

さて、本題ですが、水の沸点が100℃の理由は 大気圧内での水の沸点を 100℃ とし、 水が凍る温度を 0℃ と決めたからです。

宿題の本題はそこにあると言うより、 「なぜ 100℃ から上昇しないのでしょうか?」 を聞いているものと思います。
理由:
沸騰していると言うことは、同時に加熱もされている訳です。 それが、100℃を超えないのは、沸騰により水の表面から...続きを読む

Q水の温度が100℃にならない理由を教えてください

今、ある実験をしているのですが、次のような現象の説明がつかず困っています。
試験条件は、500mlの水を板金の箱に入れ、その中に700Wのカートリッジヒーターを入れて沸騰させようとしています。
室温20℃の大気開放の場合は5分ほどで水の温度が100℃になり沸騰し始めます。
しかし、同条件で横から60℃の温風を水面に当てると水温は96℃付近で一定となり、完全に沸騰しません。温風を止めれば再び100℃になり沸騰します。
これはなぜなのでしょうか?
回答をよろしくお願いします。

Aベストアンサー

この質問は
(1)沸騰した温度が100℃以下だった。
(2)100℃になっても沸騰しなかった。
のどちらでもありません。
(3)温度が96℃までしか上がらなかった。(沸騰はしていない)
という質問です。
横から風を当てたときに温度が上がらなくなるのですから冷却効果が働いたことになります。その理由は風により気化が促進されて気化熱で奪われる熱量が多くなると言うことでしょう。#6のご回答でいいと思います。
鍋でお湯を沸かすとき、ふたをした場合としてない場合とで沸騰までの時間が異なります。ふたをしていると溜まった蒸気で圧力が高くなりますので沸点が高くなり余分な加熱が必要ですがそれでも速いのです。ふたのない場合は蒸気がどんどん逃げるので気化熱による熱の損失の方が大きく効いてきます。
質問の場合でもある温度(例えば80℃とか90℃)に達するまでの時間を計ってみられるといいと思います。風のある場合の方が時間がかかると思います。
(1)(2)の場合だと液面にかかる圧力の変化が問題になるでしょう。

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気圧が下がるとなぜ沸点が下がるの?

真空にすると、沸点が下がって低い温度で沸騰しますが、なぜそもそも真空にすると(あるいは、気圧が下がると)沸点が下がるの?

Aベストアンサー

液体に接している空間にはその液体の蒸気が存在します。その蒸気の圧力を蒸気圧といいます。その蒸気圧の大きさには限界があります。その限界の圧力で釣り合います。蒸発平衡といいます。限界の圧力のことを「飽和蒸気圧」といいます。#4で「蒸気圧」と言われているものはこの飽和蒸気圧のことです。化学では平衡状態について考えている場合が多いので「飽和」という言葉を省いているのです。
でも沸騰や蒸発は液相と気相との間での平衡が成り立っていないときに起こります。「蒸気圧」と「飽和蒸気圧」を区別する方がいいと思います。部屋の中で水を加熱すると蒸発が起こります。部屋の中の水蒸気は飽和していません。蒸気圧<飽和蒸気圧です。どんどん蒸発します。部屋の体積が大きいので飽和に達することが出来ません。いつまでも蒸発が起こります。普通は液体の表面からだけ気体(蒸気)が発生します。内部から気体が出るということは泡が出来るということです。これはある条件で起こります。沸騰と呼ばれています。水面に大気圧がかかっていると泡が出来るためには「泡の中の気体の圧力>大気圧+水圧」でなければいけません。泡の中の気体の圧力はその温度での飽和蒸気圧です。大気圧の部分には蒸気圧も含めなければいけないのですが空間が広いと拡散してしまって考えなくてもいいようになります。
水圧はビーカーや鍋で加熱をしている場合は大気圧に比べてかなり小さいです。(10mの水柱で1気圧です。)
「飽和蒸気圧>大気圧」が泡のできる条件であることになります。大気圧が小さくなればこの条件の成り立つ温度も低くていいことになります。
沸騰というといつまでもぼこぼこと泡ガ出ているというイメージを持ってしまいます。でも平衡が実現していないアンバランスな状態を大急ぎで埋めようとしている途中の変化ですから平衡が実現すれば沸騰は止まります。部屋の中でやればいつまでたっても部屋の蒸気圧が飽和にならないから沸騰が続くのです。密閉容器の中でやればすぐに飽和になりますから沸騰は一度は起こったとしてもすぐに止まります。密閉容器で全体を均一にゆっくり加熱して行く(平衡に近い状態を維持しながら過熱する)と沸騰は起こらなくなります。液面に接している蒸気の圧力≒飽和蒸気圧ですから液面にかかる気体の圧力=蒸気圧+空気の圧力≒飽和蒸気圧+空気の圧力>飽和蒸気圧です。いくら加熱しても泡のできる条件は実現しないことになります。蒸発だけが起こります。沸騰が起こればその温度以上には温度は上がりませんが沸騰が起こらないので加熱を続ければどんどん温度が上がることになります。
密閉容器であっても底だけを加熱している場合は液体と気体との間に温度差がありますから沸騰が起こる場合もあります。
圧力釜の場合はある圧力になると気体を外に逃がすということをやっています。その圧力に相当する温度で沸騰が続くことになります。

ポンプで引いて減圧しているような場合は生じた蒸気も一緒に引いてしまいますからいつまでも沸騰が続くということになります。ピストンのついたシリンダーの中に液体を入れてピストンを引いた場合、沸騰は起こったとしても一瞬です。飽和になれば終わりです。
「真空になれば沸騰する」という表現ではこのあたりがあいまいです。

液体に接している空間にはその液体の蒸気が存在します。その蒸気の圧力を蒸気圧といいます。その蒸気圧の大きさには限界があります。その限界の圧力で釣り合います。蒸発平衡といいます。限界の圧力のことを「飽和蒸気圧」といいます。#4で「蒸気圧」と言われているものはこの飽和蒸気圧のことです。化学では平衡状態について考えている場合が多いので「飽和」という言葉を省いているのです。
でも沸騰や蒸発は液相と気相との間での平衡が成り立っていないときに起こります。「蒸気圧」と「飽和蒸気圧」を区別...続きを読む

Q氷の温度

教えて下さい.
氷の温度って何度なんでしょうか?たしか中学校の理科で水を沸騰させると100度にはなるけどその後は温度が上がらないグラフがあったと思います.凍らせても温度が下がらないとすれば零度ですよね.でも,氷の中に温度計をつっこむともっと下がったような気がしますが......

Aベストアンサー

氷は最大0度で、冷やせばどんどん冷えますね。
絶対零度すなわち-273度まで冷えます。
一度、液体窒素温度(-190度)に冷やしたことがありますが、
表面がさらさらしていて、あまり冷たい感じはしなかったです。
握り締めると刺されるような痛みを感じますけどね。(笑)

氷の温度でもうひとつ面白いことがあって、
例えば、0度の氷100グラムと100度のお湯100グラムを混ぜても
50度にはならないんですよ。
0度の水と100度のお湯なら、ぴったり50度になります。
氷には、「潜熱(せんねつ)」というものがあって、
0度の状態の氷から0度の状態の水にするのにエネルギーが
必要になるんですね。
ちなみに、0度の氷と100度のお湯を混ぜると、大体25度ぐらいに
なります。何となく、不思議ですよね。

Q水蒸気は水の何倍ぐらいの体積になりますか

どのくらいの倍数になるか知りたいのです

Aベストアンサー

温度や圧力によって違います。
1気圧100℃の状態であれば、(22400x373)/(273x18)=1700倍になります。
ただし、温度が1℃変化するごとに、上記の373分の1ずつ変化します。また、圧力には反比例します。

Q沸点が上がる理由

普通の水より塩水の方が沸点が高いのは何故ですか?
あと、身近なもので塩以外に沸点が上がる物質はありますか?
初歩的な質問なのですが、よろしくお願いします!(汗)

Aベストアンサー

沸点上昇は「不揮発性物質」なら何でも起きます。
 水の沸点は100℃と言いますが、同様に…水の水蒸気圧が1013hPaになると沸騰するとも言います。
 水に不揮発性の物質が溶けている場合、不揮発性物質は蒸発できないので蒸気圧がその分下がります。本来の1013hPaにするためには100℃を越えてしまうわけです。


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