化学理科

5分でわかる飽和蒸気圧!気体になる量と液体になる量が等しくなる状態について元研究員が解説

よぉ、桜木建二だ。「飽和蒸気圧」って言葉を聞いたことがあるか?

物質が状態変化する事と飽和蒸気圧は密接に関係しているんだが、説明しようとすると難しいよな。

今回は物質の状態変化から、飽和蒸気圧という用語と状態図の見方について、化学実験を生業にしてきたライターwingと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

wing1982

ライター/wing

元製薬会社研究員。小さい頃から化学が好きで、実験を仕事にしたいと大学で化学を専攻した。卒業後は化学分析・研究開発を生業にしてきた。化学のおもしろさを沢山の人に伝えたい!

1.物質は状態変化する

image by iStockphoto

飽和蒸気圧について学ぶ前に、物質の状態変化について頭の中でイメージできるように解説していきましょう。

物質の状態には固体液体気体があり、温度や圧力が変わると液体になったり気体になったり固体になったりするのです。水は温度によって氷になったり水蒸気になったりしますよね。このように状態が変化する事を、そのままですが状態変化と呼びます。

1-1.状態変化と熱運動

物質は粒子によって構成されていて、この粒子はお互いに熱運動によってバラバラになろうとしています。しかし、同時に引き付け合う力によって集まろうともしているのです。

物質の状態は粒子が「バラバラになろうとする力」が強いか「集まろうとする力」が強いかによって決まります。

気体熱運動が激しく粒子は引き付け合う力を振り切ってバラバラに自由に飛び回っている状態です。対して固体は熱運動がごく少なく粒子が引き付け合いほとんど動けません液体はその中間で、粒子同士が引き付け合って集まっていますが、熱運動により動き回る力も働いています。

1-2.状態変化と温度

わたしたちの身近な水を例にとり、状態変化と温度の関係を考えてみましょう。

大気圧下で、水は 0 ℃より低い温度では氷つまり「固体」の状態です。氷を加熱すると 0 ℃で一部が水になり固体から液体に状態変化し始めます。この固体から液体に状態変化する温度融点と呼ぶので覚えておきましょう。

氷の一部が水になった状態からさらに加熱し続けると、氷がすべて水になり、さらに加熱を続けると 100 ℃ で沸騰して水蒸気になり始めます。この液体から気体に状態変化する温度沸点と呼ぶのです。一部が液体で一部が気体の状態から、さらに加熱を続けると水はすべて水蒸気になります。

固体から液体へ状態変化している最中、つまり一部が固体で一部が液体の状態の時は、加熱し続けてもその熱量は固体を溶かすのに使われるため温度は融点のままです。全てが液体になってから再び温度が上がり始めます。液体から気体になる時も同様で一部が液体一部が気体の状態の時に加熱し続けても温度は沸点のままで、全て気体になってから再び温度が上がり始めるのです。

1-3.液体が気体になる気化には2種類ある

これまで水が沸騰して水蒸気になる気化についてお話してきましたが、水は 100 ℃に満たない温度でも気体になります。この現象を「蒸発」といい、洗濯物が乾くのもコップに入れた水を長時間放置すると減ってしまうのも、蒸発が起こっているからです。

蒸発とは液体の表面から気化した分子が空気中に移動するという現象で、沸点より低い温度でも起こります。対して沸騰は沸点近くまで液体の温度が上がることにより、液体の内部で気化が起こり、気泡となって絶え間なく沸き上がる現象です。

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