ベストアンサー 三重点はなぜ１つしか存在しえないのですか？ 2006/06/24 14:26 相図二において気体、固体、液体が同時に存在することが出来る三重点というものが存在しますが なぜこれは１つしか存在することが出来ないのでしょうか？ みんなの回答 （6） 専門家の回答 質問者が選んだベストアンサー ベストアンサー noname#70525 2006/06/25 01:06 回答No.6 相平衡を考えている物質に対して、互いに独立して存在できる状態が４つ以上存在するならば三重点は２つ以上存在できると思われます。（硫黄は固相に２つの状態がありますから実際三重点は２つ存在しています） ただ、察するに、Jaica様が疑問に思われているのは固・液・気の３つの状態のみを扱う場合についてですよね？（もし違ったならば申しわけありません。）ですから固・液・気の三態について考えてみましょう。 たとえば水が本来の三重点（T=0.01℃）より高い温度で三重点を有しているとしましょう。１成分系では同時に存在できる状態は３つに限られますから、昇華曲線がおわんを描いて蒸気圧曲線と交点を持つことになります。このような時、液体の状態が存在できる圧力において、温度を上げてゆくと液体から固体へ自発的に変化するような温度が存在するようになります。 温度が上がると分子の運動エネルギーが上昇しますから、系の秩序は失われていきます。しかし三重点を２つ有することで、ある温度範囲では温度が上昇すると液体から固体へ状態が変化し、系の秩序は増加するのです。三重点が２つ存在することでこのような矛盾が生じてしまいます。 広告を見て全文表示する ログインすると、全ての回答が全文表示されます。 通報する ありがとう 0 その他の回答 (5) ojisan7 ベストアンサー率47% (489/1029) 2006/06/24 23:27 回答No.5 すみません。訂正させて下さい。『液相も気相も１つならば、固相がいくつあっても、位相幾何学的に必然的に三重点は１つに決定されます。』は誤りで、正確には、『液相も気相も１つならば、固相がいくつあっても、熱力学第二法則と、位相幾何学の性質により、三重点は１つに決定されます。』となります。 広告を見て全文表示する ログインすると、全ての回答が全文表示されます。 通報する ありがとう 0 ojisan7 ベストアンサー率47% (489/1029) 2006/06/24 23:02 回答No.4 ご質問の意味が分かりました。 三重点がなぜ２個以上は存在しないのかという意味ですね。これは難しい質問だと思います。水の場合、固体（氷）は、氷I、氷IIなど、いくつかの相があることが知られています。しかし、液体（水）と気体（水蒸気）はどうでしょうか。気体も液体も流体ですから、仮に、気体に２つの相が現れても、お互いに混じり合って、相の境界面をつくることは難しいでしょう。液体についても同様です。（液体ヘリウムはHeIとHeIIの２つの液相が共存できる唯一の例ですが、これは特別です。）したがって、液相も気相も１つならば、固相がいくつあっても、位相幾何学的に必然的に三重点は１つに決定されます。（この場合、三重点を２点以上とることは数学的に不可能だということです。） 広告を見て全文表示する ログインすると、全ての回答が全文表示されます。 通報する ありがとう 0 noname#70525 2006/06/24 22:35 回答No.3 定圧下、ほとんどの純物質は温度を上げてゆくと固体→液体→気体と状態変化を起こしますよね？もし２つ目の三重点が存在したとすると、ある圧力下では温度を上げていくと固体→液体→固体→気体という状態変化を起こすことが理論的に可能になってしまいます。温度を上昇させたのに液体から固体へ状態変化を起こすというのはおかしいですよね？ これは経験論です。理論的に説明しようと思うと、ojisan7様の仰せのとおり「Gibbsの相律」に加えて、「エントロピー」「熱力学第二法則」というものが鍵になってくるのではないでしょうか？ 広告を見て全文表示する ログインすると、全ての回答が全文表示されます。 通報する ありがとう 0 ojisan7 ベストアンサー率47% (489/1029) 2006/06/24 20:18 回答No.2 >三重点では自由度が０になることは分かっているのですが ではなぜc=1,p=3となる点は１つしか存在しないのですか？ Gibbsの相律の導き方についてですが、これは熱力学や物理化学の教科書には必ず記載されていますのでそれを読んでください。お薦めしたい良書はたくさんありますが、その中で最も理解しやすいと思われる教科書が、グライナーの「熱力学・統計力学（シュプリンガー東京）」です。６３～６４ページの部分を読んでいただければ良いと思います。また、この本は化学ポテンシャルの定義についても初学者に理解しやすい方法で導入されています。ぜひ、読んで下さい。 広告を見て全文表示する ログインすると、全ての回答が全文表示されます。 通報する ありがとう 0 ojisan7 ベストアンサー率47% (489/1029) 2006/06/24 16:33 回答No.1 相平衡においては、各相の化学ポテンシャルが等しいので、Gibbsの相律 f=c-p+2 が成り立ちます。ｆは自由度、ｃは独立な成分の数、ｐは相の数です。 水の三重点の場合には、c=1,p=3ですから、f=1-3+2=0となり、自由度は０です。したがって、三重点は１つしか存在しえません。 尚、Gibbsの相律の導き方については、物理化学等の参考書を読んでください。 質問者 お礼 2006/06/24 18:04 返答ありがとうございます。 しかし三重点では自由度が０になることは分かっているのですが ではなぜc=1,p=3となる点は１つしか存在しないのですか？ 広告を見て全文表示する ログインすると、全ての回答が全文表示されます。 通報する ありがとう 0 カテゴリ 学問・教育自然科学化学 関連するQ&A 常圧で，沸点(100℃)以下の水蒸気が存在する理由 こんばんは，よろしくお願いします。 水の状態変化，融点以下なら氷（固体），融点を超えると水（液体），沸点を超えると水蒸気（気体）と教えられた気がするのですが，よく考えてみれば，常温常圧の空気中に，沸点を超えていないにもかかわらず，水蒸気が存在していますよね。飽和水蒸気量以内であれば，水蒸気が存在しているとも習いました。 ここで，ハタと疑問に思いました。常温常圧でなぜ気体の状態の水蒸気が存在できるのか？融点以下でも，そういえば昇華が起きて気体の水蒸気になるとも教えられました。なぜでしょうか？ 私なりに考えてみました。このような考え方でよろしいのかどうか，教えてください。 【私の見解】 融点とは，氷でいることが出来なくなる温度，沸点とは，液体の水でいることが出来なくなる温度。と理解するのが正しい。 だから，融点以上では固定でいることが出来ないが，融点以下で，過冷却の水であったり，水蒸気がが存在することはあり得る。また，沸点以上では固体や液体で存在することが出来ない。だから，沸点に達すると耐えきれないように，液体内部からであっても蒸発がどんどん起こり，気化していく。しかし，沸点以下であっても気体の水蒸気は存在できる。このように理解するのが正しい。 いかがでしょうか。素人の意見に専門家や詳しい方の御意見，御解説をお願いします。 CO2 CO2は気体以外でも存在するものですか？ 液体、固体で存在しますか？ 昇華 昇華は液体は通らず気体→固体・固体→気体になるんですよね。 何故液体にはならないんですか？？ 天文学のお話。日本ではどのように考えられていた？ OKWAVE コラム 気体は物体に入るか 物質は固体、液体、気体のいずれかの状態になります。 これらの固体、液体、気体の中で、固体、液体は「物体」だが、気体は「物体」に含まれないのでしょうか? 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お礼
返答ありがとうございます。 しかし三重点では自由度が０になることは分かっているのですが ではなぜc=1,p=3となる点は１つしか存在しないのですか？