水の気化について

質問

固い容器に水を満杯にいれ完璧に密封します。
それに熱を加えていくと水の温度はあがっていき、次第には100度に達すると思います。
しかし、中の水が気化するのに必要な空間が容器内に余分にないので、中の水は気化できないように思います。
どうなるのでしょうか？
固い容器なので、容器は膨らまないし、蓋も完璧に閉じて開いたりしないようにしとくものとします。

よろしくお願いします。

回答No.2

okormazd · ベストアンサー

容器内にはじめから気相(空気とか)がなく完全に液相(水)なら気化できません。加熱とともに水は膨張します。容器がまったく膨らまなければ、圧力が高くなるので、蒸発できません。圧力がどれだけ上がるのか、計算できないか興味あるところですが、飽和蒸気圧よりはずっと高いでしょう。
臨界温度を超えれば、超臨界流体になるのでしょう。

お礼

完全に水しかない状態を想定していたので、気化できないという結論をいただき納得できました。
どうもありがとうございました。

回答No.4

jamf0421

起こりえる状態を水の状態図とくらべればわかります。その水は完全に脱気され、溶解しているAirなどはないものとします。
容積をvとして、
v=v(T,p)
dv=(∂v/∂p)dp+(∂v/∂T)dT...(1)
ただし(∂v/∂p)はT一定、(∂v/∂T)はp一定です。容器内で完全密閉としますと、dv=0です。
-(∂v/∂p)dp=(∂v/∂T)dT...(2)
ここで-(1/v)(∂v/∂p)=κは圧縮係数、(1/v)(∂v/∂T)=αは熱膨張係数ですから、(2)の両辺をvで割って整理すれば、
dp/dT=α/κ...(3)
となります。手元の数字でκは293 Kで0.45(1/GPa)(1気圧）、0.36（1/GPa)(1000気圧）であり、αは293 Kで0.21(1/K)です。
よって293Kで1気圧(1.013x10^5Pa)から出発するならば
dp/dT=466.67 (kPa)
が1K上げる場合の圧力上昇です。もし10K上げて303Kにするならば
dp=4666.7 (kPa)
でおよそ47気圧くらいになると思います。αやκの温度依存の数字がわからないのでこれ以上詳しくは計算できないですが、相図から推察すればずっと液体のまま(一相しかない）と思われます。

お礼

詳しい計算ありがとうございます。
式変形は理解できますが、数値の意味するところがいまいちわかりませんでした。これから学習してまた考えたいと思います。
どうもありがとうございました。

回答No.3

noname#160321

＃２のお答えが正しく、一切気化しません。
臨界温度を超えると超臨界流体になることは、＃１、＃２のお答え通りです。

お礼

簡潔に正しい答えをいただき、ありがとうございました。

回答No.1

ORUKA1951

一部は気化しますが、圧力も増大するためそんなには増えないでしょう。
臨界点に達するまでは液相は液体のまま、気相は気体ですが、臨界点に達すると臨界状態（液相と気相の差がなくなる。）
詳しくはも下記引用元(臨界点)をご覧ください。
＿＿＿＿引用
水の場合、臨界温度は647K（374℃）、臨界圧力は22.064MPa（218気圧）である。
(ここまで)

お礼

臨界状態になるという結論で私の中で納得させていただきました。
どうもありがとうございました。