高校化学 気体

質問

高校化学　気体でわからないところがあり、聞ける人がいないので質問させてください。

『氷の蒸気圧曲線より過冷却水の蒸気圧曲線が上になっていることから、－10℃の氷と、
－10℃の過冷却水とを同じ容器内に放置すると、どのような変化が見られるか』　という問題で、
答えが『過冷却水が減少し、最終的に氷のみになる』　となっているのですが、よくわかりません。
解説していただけないでしょうか？過冷却水とはどういうものでしょうか？

あと、ビクトルマイヤー法という分子量測定法がわかりません。
わかる方がいれば、教えてください。
お願いいたします。

回答No.1

TaRSu · ベストアンサー

通常、H2Oは摂氏０度になると氷になりますね。（若干語弊がありますが…）
ところが、純度の高い水を静かに冷やしていくと、０度以下になっても凍りません。
この状態を過冷却と呼びます。
ちょっと刺激を与えると、途端に凍る、不安定な状態です。
この問題は、そのような刺激はなく、過冷却水は過冷却水のままだという前提のようです。

さて、この問題では「平衡」の考え方を使っています。
平衡とは、「水が蒸気になる速度」と「蒸気が水に戻る速度」とが等しければ水の総量は変わらない、そういう状態のことです。
気化することと凝固（凝縮）することとは同時に起こっていますが、別の現象だと分けて考えているんです。

蒸気圧曲線というのは、実は「ある物質がある温度で、気化する速度と凝固（凝縮）する速度とが等しくなる、そんな蒸気の分圧」をプロットしたものなんですね。

気体が凝固（凝縮）する速度は、その分圧と比例します。そして気化する速度は分圧とは関係なく一定です。
したがって、その曲線より分圧が低ければ気化する速度の方が大きいし、
その曲線より分圧が高ければ凝固（凝縮）する速度の方が大きい。
そうして最終的には曲線の位置に状態は収束します。

ここまでが問題の背景です。

氷も過冷却水も、気化すれば同じ「水蒸気」です。
だから、蒸気圧曲線上に現在の状況をプロットすると、一点に定まりますね。
このとき、温度は-10℃で、水蒸気の分圧はPnとしましょう。

Pnはどこにあるでしょうか。
氷も過冷却水も置いてあるので、恐らく二つの蒸気圧曲線の間のどこかにありますよね。

ということは…
・氷から見れば、水蒸気の分圧は高め　→　水蒸気が氷になる速度の方が昇華速度より大きい
・過冷却水から見れば、水蒸気の分圧は低め　→　過冷却水が水蒸気になる速度の方が凝固速度より大きい
わけですね。

総じて、「過冷却水は蒸発し、氷は凝縮する」という現象が、水蒸気を通して起こっていることになります。

ビクトルマイヤーについては寡聞にして存じませんが、参考URLから推察するに、
物質を気化させて、理想気体の状態方程式から分子量を求めるのでしょうか。

参考URL：

http://www.kagakudojin.co.jp/special/calendar/cal_09/cal20060908.html

お礼

大変分かりやすく丁寧なご回答ありがとうございました。
ほんっとうに助かりました☆