化学化学平衡理科

5分でわかる気液平衡!現象の仕組みを理系学生ライターがわかりやすく解説!

よぉ、桜木建二だ。今回は「気液平衡」について解説していくぞ。

気液平衡は、物質の状態変化を本質的に理解する上で重要になる概念の1つだ。状態変化というのは、物質が気体、液体、固体の状態を相互に遷移することだ。今回は、気液平衡と密接な関係にある蒸気圧の概念についても言及している。ぜひ、この機会に気液平衡についての理解を深めてくれ。

化学に詳しいライター通りすがりのペンギン船長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。

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ライター/通りすがりのペンギン船長

現役理系大学生。環境工学、エネルギー工学を専攻している。これらの学問への興味は人一倍強い。資源材料学、環境化学工学、バイオマスエネルギーなども勉強中。

実験を通して気液平衡について学ぼう!

この記事では、気液平衡とはどのような現象か気液平衡が関連する身近な現象とはどのようなものかということを解説します。また、気液平衡と関係の深い蒸気圧の概念についても簡単に説明しますね

気液平衡の説明は難解で抽象的になりがちです。ですから、今回は具体的な実験を通して、気液平衡について学んでいきましょう。その後に、蒸気圧の概念について解説します。それでは早速、気液平衡の実験方法について解説していきますね

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実験を通して気液平衡について学んでいくぞ。

密閉容器に乾燥空気と水を入れる

密閉容器に乾燥空気と水を入れる

image by Study-Z編集部

気液平衡の実験の準備物は、密閉が可能な透明な容器精製水乾燥させた空気です。精製水とは、不純物を含まない水のことで、蒸留やイオン交換膜法などによってつくられます。また、乾燥させた空気とは、水の気体分子である水蒸気を含まない空気のことを指しますよ

はじめに、密閉が可能な透明な容器に精製水を注ぎます。その後、密閉容器の上部に充満している空気を、乾燥空気と入れ替わるようにしますよ。入れ替えの方法としては、十分な量の乾燥空気を容器内に勢いよく送り込むといった方法が挙げられます。これで実験の準備は終わりです。また、実験中は温度を一定に保つようにします

以上のような条件を実現することは、非常に難しいですが、気液平衡の説明を簡単に行うために極端な実験条件にしていますよ。言わば、この実験は仮想的な実験なのです。

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この実験はあくまでも、気液平衡に対する理解を助けるための仮想的なものだ。

水の蒸発がはじまる

水の蒸発がはじまる

image by Study-Z編集部

密閉容器に精製水と乾燥空気を封入した直後は、精製水に含まれる水分子の一部が、次々と液相から気相へと状態変化します。つまり、精製水の一部が蒸発するのです。このような変化は、沸点以下の常温であっても進行しますよ。しかしながら、永遠と精製水が気体に変化し続ける訳ではありません時間が経過すると、変化は次の局面を迎えます

不思議に感じる方もいるかもしれませんが、液体の水は常温であってもゆっくりと気体に変化するのです。洗濯物が乾くということが、まさに沸点以下で水が蒸発する現象ですよね。記事の後半で述べますが、蒸発と沸騰は定義が異なるのです。

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