親子におすすめの新型プラネタリウムとは?

気体の性質についてお伺いしたします。ある国家試験の物理の問題に、臨界温度に関する出題があり、そのうち、次の2つのうちのいずれかが誤りだと思うのですが、私のつたない知識では判断できませんでした。「(3) 臨界温度で気体を圧縮すると、臨界圧力に達したとき完全に液化する。
(4) 臨界温度で気体を圧縮すると、臨界圧力に達したとき気体と液体の区別がなくなる。」
どちらが誤りでしょうか? よろしくお願いいたします。

A 回答 (5件)

No.2です。

はしょりすぎたので図を描いておきます。
 臨界流体とは液体と気体の相変化をする時にエネルギーの大小のない状態--液体と気体の区別の意味がない領域です。その定義を知っていて国語が出来れば難しい問題ではないです。
 ⇒臨界点 - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%A8%E7%95%8C% … )

(1)臨界圧力以上に圧縮すると、気体は温度に関係なく液化する。
  臨界温度以上だと液化しません。×
(2)臨界圧力以上に圧縮された気体は、いかなる温度においても液化しない。
  臨界温度以下だと液化します。×
(3)臨界温度で気体を圧縮すると、臨界圧力に達したとき完全に液化する。
  臨界流体になります。 × 気体でもあります。
(4)臨界温度で気体を圧縮すると、臨界圧力に達したとき気体と液体の区別がなくなる。
  (気体と液体の区別がない)臨界流体になります。 ○
(5) 臨海温度より低い温度では、気体は圧縮しても液化しない。
  液化します。 ×
「気体の臨界温度に関する問題」の回答画像5
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この回答へのお礼

あれ?そうですか。気体と液体の区別がなくなるのですか……しかし、あらためて図を拝見いたしましたところ、ようやく理解することができました。臨界流体という状態になることがあるわけですね。ありがとうございました。参考になりました。

お礼日時:2014/03/07 00:33

普通なら液化とは二相共存線を越えて体積の不連続な減少が起ることをさします。

すると、正しいのは(2)番ですね。臨界圧力以上では二相共存線がありませんから、体積は連続的に変化するだけで不連続な跳びを示しません。つまり液化はしない。
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この回答へのお礼

そうですか。臨界圧力以上に気体を圧縮すると、いかなる温度でも液化はしないんですね。ありがとうございました。

お礼日時:2014/03/07 00:27

普通に考えれば,両方誤り。


臨界温度以上 or 臨界圧力以上ではもともと気液の区別がありません。

必ず正解があるなら,(1)(2),もしくは(5)以降に正解があるのでは?

この回答への補足

実は、「次のうち正しいものはどれか。
(1) 臨界圧力以上に圧縮すると、気体は温度に関係なく液化する。
(2) 臨界圧力以上に圧縮された気体は、いかなる温度においても液化しない。
(3) 臨界温度で気体を圧縮すると、臨界圧力に達したとき完全に液化する。
(4) 臨界温度で気体を圧縮すると、臨界圧力に達したとき気体と液体の区別がなくなる。
(5) 臨海温度より低い温度では、気体は圧縮しても液化しない。」という出題だったのです。

補足日時:2014/03/05 23:11
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超臨界では


3) 臨界温度で気体を圧縮すると、臨界圧力に達したとき完全に液化する。
液体と気体の区別がないのですから「完全に液化」ではないのです。
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この回答へのお礼

完全に液化ではないのですか……少々、混乱してきましたが……ありがとうございました。

お礼日時:2014/03/05 23:06

ん~.... パッと見そんなに難しく思えないんだが....



臨界点で考えるから困るだけで, それ以下の状態で考えれば (3) は明らかにおかしいんじゃないかな.

そもそも臨界点で「液体」と「気体」をどう区別するのか知らんが.
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この回答へのお礼

やはり(3)ですか。ありがとうございました。参考にさせていただきます。

お礼日時:2014/03/05 23:04

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Q臨界温度と臨界圧力の定義について

臨界温度と臨界圧力の定義について

『化学の基礎』(竹内敬人著、岩波書店)を読んでいます。
そこに臨界温度と臨界圧力についての説明がありました。

│ 臨界温度:
│ ある温度以上ではどんなに圧力をかけても気体の液化が
│ 起こらないことがわかった。この温度のこと。

│ 臨界圧力:
│ 臨界温度で気体を液化させるのに必要な圧力のこと。

のように書いてあったので、「臨界圧力は常に正の無限大なのだな、そんな無意味な概念をなぜわざわざ定義するのだろう」と思ったら、気体の種類ごとの臨界温度と臨界圧力(有限値!)の表が掲載されていて、混乱してしまいました。

そのあと実際に使われている内容から、臨界圧力について以下のように解釈したのですが、こういう理解でいいでしょうか?

「ある気体について、『どんなに小さい正数qに対しても、臨界温度より低い温度tが存在して、温度tで気体を液化させるのに必要な圧力がP-qより大きくなる』というような数Pが存在すれば、そのPのことをその気体の臨界圧力と呼ぶ。」

あるいは、

臨界温度=inf{t(>0K);温度t、圧力p(>0atm)でその気体は液化しない}
臨界圧力=sup{p(>0atm);「0K<t<臨界温度」なる温度t、圧力pでその気体は液化しない}

とみていいでしょうか?

基本的なところですみませんが、ご教示よろしくお願いします。

臨界温度と臨界圧力の定義について

『化学の基礎』(竹内敬人著、岩波書店)を読んでいます。
そこに臨界温度と臨界圧力についての説明がありました。

│ 臨界温度:
│ ある温度以上ではどんなに圧力をかけても気体の液化が
│ 起こらないことがわかった。この温度のこと。

│ 臨界圧力:
│ 臨界温度で気体を液化させるのに必要な圧力のこと。

のように書いてあったので、「臨界圧力は常に正の無限大なのだな、そんな無意味な概念をなぜわざわざ定義するのだろう」と思ったら、気体の種類ごとの臨界温度と臨界圧...続きを読む

Aベストアンサー

> ご指摘の参考URLに書いてあることは、本に書いてあるのと同じような表現なので理解できませんでした。

ベストアンサーに選ばれた回答に書いてあるのは、

│ 臨界温度:
│ ある温度“より上”ではどんなに圧力をかけても気体の液化が
│ 起こらないことがわかった。この温度のこと。

質問者さんの質問文(と知恵袋の質問文)に書いてあるのは、

│ 臨界温度:
│ ある温度“以上”ではどんなに圧力をかけても気体の液化が
│ 起こらないことがわかった。この温度のこと。

確かに同じような表現ですけど、ベストアンサーに選ばれた回答の解釈に従えば、臨界温度では液化できるということになりますから、「臨界圧力は常に正の無限大なのだな、そんな無意味な概念をなぜわざわざ定義するのだろう」ということにはならないと思います。なお、参考URLにあるベストアンサーではない方の回答は、読む必要はありません。

> とするとこれらは(t0,p0)の選び方によらず一意に決定しそうですがいかがでしょう?

三重点より低い温度,高い圧力で液相が実現するような物質がありますから、だめだと思います。例えば水の三重点は0.1℃ですけど、(0.0℃,1気圧)で液相が実現します。水の相図を見れば分かるように、0.0℃の水蒸気に(温度を0.0℃に保ったまま)圧力を加えていくと、液化する前に氷になります。この氷にさらに圧力を加えていくと1気圧で氷が液化します。もし「気体→固体→液体のように間に固体をはさんでいたとしても、液化していることに変わりはないのだから、それでいいのだ」と解釈するならば、#1への補足にある定義でもいいです。しかし私自身は、これは「液化せずに気体から固体に相転移するケース」に該当するのでだめだろうと考えます。

> ご提案の「気体と液体が共存できる温度」は、それがどういう状態のことなのか、私にはかえって難しすぎてよくわかりません。

「気体と液体が共存できる温度」とは沸点のことです。温度t、圧力pで気体が液化するならば、温度tは圧力pにおける沸点です。圧力pで温度が沸点tより低ければ、液相が実現し気相はありません。圧力pで温度が沸点tより高ければ、気相が実現し液相はありません。圧力pで気体と液体が共存できるのは、温度が沸点tに等しいときに限ります。

ですから、#1の回答にある臨界温度の定義を一言で言えば、『沸点の上限』です。また、この定義は、質問者さんの定義をもとにして考えました。

臨界温度=inf{t(>0K);温度t、圧力p(>0atm)でその気体は液化しない}
 ↓
臨界温度=sup{t(>0K);温度t、圧力p(>0atm)でその気体は液化する}
 ↓
臨界温度=sup{t(>0K);温度t、圧力p(>0atm)でその気体は液体に相転移する}
 ↓
臨界温度=sup{t(>0K);温度t、圧力p(>0atm)でその気体は液体と共存できる}

> 相転移を与える点という”変な”状態の点を、普通の状態の極限として捉える

上限supではなく下限infを使って臨界温度を定義したのは、このためでしょうか。もしそうなら、とても興味深いアプローチだと思います。しかし残念なことに、むずかしすぎて私の手に余る問題です。ごめんなさい。

アドバイスとしては、「液化する・しない」ということについて、もう少しつっこんで考えてみるといいと思います。素朴に考えれば、もちろん「気体が液体になる・ならない」ということなのですけど、気体が液体になるとはどういうことか?ということについて少し考えてみると、気体とは何か、液体とは何か、という問題を避けては通れないことが分かると思います。

参考URLにある、「気体と液体の連続性・同一性」に関する議論は参考になるかもしれません。

参考URL:http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/ubung/yyosuke/pcbox/glvf/glvf_a.htm

> ご指摘の参考URLに書いてあることは、本に書いてあるのと同じような表現なので理解できませんでした。

ベストアンサーに選ばれた回答に書いてあるのは、

│ 臨界温度:
│ ある温度“より上”ではどんなに圧力をかけても気体の液化が
│ 起こらないことがわかった。この温度のこと。

質問者さんの質問文(と知恵袋の質問文)に書いてあるのは、

│ 臨界温度:
│ ある温度“以上”ではどんなに圧力をかけても気体の液化が
│ 起こらないことがわかった。この温度のこと。

確かに同じような表現ですけど、...続きを読む


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