水の状態変化

質問

私はH2Oの状態図の見方がよく分かりません。
例えば1013hPaで300Kのとき状態図より
H2Oは液体ですよね。
しかし1013hPaで300KのときでもH2Oは蒸発して気体になりますよね
それがよく分からないのです。

回答No.3

htms42 · ベストアンサー

水の状態図というのは
水だけ（空気もありません）を閉じた系として観測した時のものです。
容器に水を入れ、温度と圧力を変えます。容器の内部では平衡状態が実現しているとしています。圧力を変えると体積も変わりますからピストンの付いた容器をイメージするといいでしょう。
温度も圧力も内部の物質のものです。その温度と圧力を外部からコントロールします。平衡が成り立っていれば外部からかけた圧力が容器内部の物質の圧力に等しくなります。

＞1013hPaで300KのときでもH2Oは蒸発して気体になりますよね

これは大気中で開放系として見ている時の現象です。閉じた系、水だけを見ている、平衡になっているというのではありません。系が開いていますので何時までたっても平衡が実現しないのです。

状態図では１０１３ｈＰａで３００Ｋでは液体になっています。気体は存在しません。気体と液体が共存するのは気体の領域と液体の領域の境界線上だけです。１０１３ｈＰａの時の境界線の温度は１００℃＝３７３Ｋです。境界線上は気体と液体が共存している平衡状態に対応しています。その点での圧力は飽和蒸気圧に等しいです。
３００Ｋで気体と液体が共存している状態を考えます。飽和蒸気圧は３６ｈＰａです。この状態から温度を変えないようにしてピストンに力を加えたとします。蒸気圧は飽和蒸気圧以上にはなれませんので一部が液体に戻ります。気体の体積が減ります。圧力は飽和蒸気圧のままです。さらにピストンを押し込んでも圧力は飽和蒸気圧のままで蒸気の量だけが減っていきます。蒸気が全部なくなって初めて圧力が上昇し始めます。蒸気の量は任意ですから体積の変化がどれくらい起こったかを決めることは出来ません。１０１３ｈＰａで３００Ｋという状態はそのようにして実現された値です。蒸気がある間は状態図の境界線上の１つの点の上から動きません。
圧力は１０１３ｈＰａのままで熱を加えていったとします。１００℃で蒸気と共存が可能になります。熱を加えていくと蒸発が起こり蒸気の体積が増加します。圧力は１０１３ｈＰａのままです。全ての水がなくなるまで温度は増加しません。

回答No.2

c80s3xxx

> 1013hPaで300KのときでもH2Oは蒸発して気体になりますよね

これは日常的な状況を考えているわけですね．
しかし，これは誤解です．
なぜなら，この 1013hPa は大気圧であって，水蒸気の分圧ではないからです．水蒸気分圧は当然もっと遙かに低い．密閉容器に水を入れて，300K におけば，状態図で 300K で水と水蒸気が平衡で存在できる，水/水蒸気境界線上の圧力の「水蒸気分圧」のところで平衡します．それだけのこと．

回答No.1

noname#138844

300Kでは約２７℃なので、その条件で水は液体です。

Kはケルビンといって熱力学温度量をあらわす単位です、人名でもあります。
気体は熱力学温度によってその体積が変わります、体積変化量/℃で約－273℃で体積が0に極まる計算とその値を0kとしたため300Kは約27℃をあらわします。

Kのいきさつについては詳しく書かれていませんが、高校生向けのテキストにシャルルの法則というのがのっています、わからなければ参照してください