体積の変化について

質問

「水が摂氏100度で蒸気になったとき、その体積は約1700倍に膨張する。」という記述を読んだのですが、なぜそうなるのでしょうか。
手持ちの資料で調べたところ「あらゆる気体は圧力を一定に保っておく限り、温度が摂氏で1度変化するごとに摂氏0度における体積の1/273だけ変化する」という記述は見つけたのですが、液体から気体に変わった場合はどうなるのかは見つけられませんでした。
きっと探し方が悪いと思うのですが、物理はど素人なのでどこを探していいのか、どんな本を見ていいのかもわからないのです。
どなたかご説明していただけるととても嬉しいです。よろしくお願いいたします。

回答No.1

mtt · ベストアンサー

普通、水1グラムは1mlですね。気体の状態方程式pV=(W/M)RTを使いp=1,M=水の分子量18、W=1(グラム)、R=0.082、T=273+100を代入するとV=1.699となります。
1mlから1.699lに体積が増えたので約1700倍ですよね。

お礼

なるほど、そうやって出てきた数字なのですね。気体の状態方程式というのが正確に何を意味するのかはまだよくわからないのですが、今回はまずこれで解決です。本当にありがとうございました。

回答No.3

wmaru

水や水蒸気は水分子の集まりです。分子と分子の間には分子間力（またはファンデルワールス力とも言います）と言う力が働いています。これはきわめて近い距離では強い反発力となり、これから遠ざかると弱い引力となる力です。水はこの力と水素結合という力で引き合い、そのせいでまとまっています。温度が上がると分子の運動が激しく、つまり分子の動く速さが大きくなると、引きつけあう力が効かなくなります。そして分子は他の分子に関係なく飛び回ります。その温度が水では100℃（1気圧）というわけです。
面白い例えをあげます
分子を公園にいる子供たちとします、水の状態ではみんな手をつないでいると思ってください。このとき子供はある程度の範囲に全員います。みんな自由に遊びたいという思いが強くなって（温度が上がって）くると、あるときみんな手を離して走り回り、かってに遊び始めます。こうなると子供は公園中に散らばってしまいます。
手持ちの資料で調べたそうですが、その記述はだいたいあっていると思いますが多少違います。理想気体（分子に体積がなく、分子間力もない気体、絶対零度でも気体）の場合はそれでよいのですが実在の気体は分子に体積も分子間力もあるので厳密にはそうなりません。実在気体は温度を下げていけば液体にも固体にもなります。

お礼

公園の例はとってもわかりやすかったです。分子が遊びに熱中して（熱くなって）あちらこちらに散らばってしまうなんて考えると、ちょっと笑ってしまいますね。
理想気体と実在気体についてはこれから勉強してみます。どうもありがとうございました。

回答No.2

taka41

定性的な(性質について)話をしますと、
物の温度はふつう、物の分子の運動の大きさで決まります。
つまり、分子の運動が激しいと温度が高くなり、
運動が小さいと温度は低くなります(ちなみに分子の運動が
完全に止まってしまうと絶対零度(約-273℃)になり、
それ以上に温度が下がることはありません)。
ということですので、水が暖められて沸騰し気体になると
水分子の運動が激しくなります。
この時、液体の時に比べて分子が大きく動くきます。
したがって、ひとつの水分子が占める空間が大きくなるため体積が増えます。
↓こんな感じです
(●は水分子、矢印は運動の大きさ)

(液体の時) (気体の時)
←●→ ←－－●－－→

お礼

「ひとつの水分子が占める空間が大きくなるため体積が増えます。」というところを見て、なるほど!!と思いました。
また、前からなぜ温度の低いのには限界があるのだろう（絶対零度）と思っていたのですが、そのなぞも解けてしまいました。分子の動きが止まるから熱エネルギーが発生しなくなるということですね。こう考えると物理もちょっと面白い気がします。どうもありがとうございました。