沸点が高度ととも下がる訳

質問

水の沸点は１００度ですが、山頂などの高度の高いところでは、１００度よりも低くなるメカニズムをご存知の方、教えてください。よろしくおねがいします。

回答No.5

mazeran · ベストアンサー

そもそも我々が言う「熱」とは、「分子」の振動（熱振動）の強弱が、「高温」、「低温」と関係していると考えてください。
つまり、分子が激しく振動している状態が「高温」で、振動が緩やかな状態が「低温」となり、特に振動が止まった状態を「絶対零度」（約－２７３度）と言います。

さてここで、地上１気圧気温２０度の環境を想定し、鍋に水を入れて、ガスコンロにかけた瞬間を説明しましょう。
前述の通り、水も空気も１気圧２０度の時の熱振動をしています。水と空気の境界では、振動により空気中へ逃げ出そうとする水の分子を、空気の分子の振動で飛び出す水の分子を抑えています。
もう少し詳しく言うと、１気圧２０度の時の１リットルの水の分子を仮に１００個としましょう。そしてその時の空気の分子は１リットルで９０個としましょう。
水と空気の境界ではお互いの分子が振動して激しくぶつかり合いをしています。
もちろんお互いの分子がぶつかるのは「確率」で決定されるので、水１００個に対して空気９０個では確率から、どうしても水１０個分が空気の分子に当たることなく空気中へ飛んで行ってしまいます。
この状態が、普段経験しているように、テーブルの上に水を溢しても、ほっておいたら自然に乾く現象です。
しかし大半の水の分子は、空気の分子の振動で抑え付けられ、それ以上の振動ができずに安定しています。

ここでコンロに火を着けると、熱が水に伝わり激しく熱振動をし始めます。そうすると今まで空気の分子に邪魔されて振動を抑えられていた水の分子は、空気の分子を跳ね飛ばすほどの強い振動となり、もはや空気の熱振動では抑えきれずに沸騰への道をたどるのです。

前置きが長くなりましたが、ここからが本題です。
前述のことを良く理解されてから進んでください。

高度が高い＝気圧が低い。と言うことですね。
前述の例は、１気圧の場合の話しでした。
・・・もう、お分かりではないでしょうか？。

水は非圧縮性（圧力をかけても体積は変わらない。）の物質ですので、仮に０．５気圧になっても大きな変化は無く、１リットルあたり１００個で変わりません。
ところが空気は水とは違い圧縮性の物質ですので、０．５気圧になれば、４５個になってしまいます。
１００対４５。水の分子の熱振動を抑えるのは、確率から非常に困難になります。
水にほんの少しの熱を与え、熱振動をほんの少し激しくしてやれば、それを阻止する空気の分子の数が圧倒的に少ないために、水の分子は１気圧の時とは遥かに低い温度で振動を激しくして行きます。
従って低い温度で「沸騰」してしまうと言うことです。

理解していただけたら幸いです。

お礼

回答ありがとうございました！

回答No.6

noname#62864

厳密な話をすればきりがないのでしょうが・・・
一般に物質の飽和蒸気圧は温度の上昇に伴って高くなります。たとえば、水の飽和水蒸気圧は、室温あたりでは0.02気圧程度であり、60℃だと0.2気圧程度になり、100℃だと1気圧になります。
この飽和蒸気圧が外部の圧力と同じになったときに沸騰が始まります。
低地では大気圧が1気圧なので100℃で沸騰しますが、高地では大気圧が低いために、100℃よりも低い温度で、大気圧と水の飽和蒸気圧が等しくなり、その分だけ低い温度で沸騰が始まることになります。

逆に圧力鍋を用いて、鍋の内部を高圧にすると100℃よりも高い温度にならなければ沸騰しません。

ではなぜ、温度が高いほど蒸気圧が高くなるかと言えば、温度が高いほど分子の運動が激しくなり、液体の表面から飛び出して行く（すなわち気化する）分子の数が増えるためと言えるでしょう（大雑把ですが）。

お礼

回答ありがとうございました！

回答No.4

ariga10-1

気圧が低いためです。
空気には液体が気体になるのを抑える性質があり、その空気が薄くなるわけですから、水分子の沸騰を抑える力が弱くなるため、低い温度で水が水蒸気になってしまいます。

お礼

回答ありがとうございました！

回答No.3

norK

大気圧が異なるためです、例えば富士山ではカップラーメンをしようとしても、沸騰温度が86℃ぐらいまでしか上がらないので、美味しく出来ません。

もっと大げさに言えば、真空に近い状態だとキンキンに冷えた水でも沸騰するんですよ。

参考URL：

http://www.osaka-kyoiku.ac.jp/~masako/exp/netuworld/jikken/huttou1.html

お礼

回答ありがとうございました！

回答No.2

aruchan2615

水は小さな粒の集まりと考えてください。
それに接している空気も粒粒が浮いていますね。

水が沸騰するとは水の粒が十分にエネルギーを得て空気中に飛び出していく現象のことです。

平地では空気の粒粒がたくさん飛んでいます。つまり空気から水に対して抑える力が働いているんですね。
これはだいたい1気圧です。

ところが高地では1気圧ありません。ちょっと減ります。空気の粒粒が水を抑える力がすこし弱いんです。
だから水の粒粒は平地よりもちょっとだけ弱い力でも空気中に飛んでいくことができます。
平地のときに空気中に飛んでいくためのエネルギーよりもほんの少し弱いエネルギーで空気中に飛べます。

これが１００度より沸点が低くなる原理です。

お礼

回答ありがとうございました！

回答No.1

tom0120

気圧が下がるからです。(^^

お礼

回答ありがとうございました！