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水の蒸発
水の蒸発 沸点に達するまでは、液体、例えば水の蒸気圧は大気圧よりも小さいのに なぜ常温でも水は蒸発するのですか？ 気になるので教えてください。
- takku20st46
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- 化学
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＞沸点に達するまでは水の蒸気圧は大気圧よりも小さいのに、なぜ常温でも水は蒸発するのですか？ 水蒸気の塊と空気との押し合いで蒸発を考えているのではありませんか。 「空気を押しのけて蒸発が起こるためには蒸気圧が大気圧よりも大きくなければいけない」、「大気圧がさがると沸点が下がるのは、蒸気圧が小さくても押しのけることができるからだ」ということになります。沸騰とか沸点の変化をこういう風に説明している回答を見ることもありますから結構広く存在する考え方だろうと思います。でもそう考えると沸点以下でも蒸発が起こることが説明出来なくなるのです。それでこういう質問が出てきます。 沸点以下でも蒸発が起こっているということから考えると「押しのけ説」は間違いであるということになります。 空気を押しのけて蒸発するのではなくて隙間に入って行くのです。 １気圧程度の圧力で考える限り空気は隙間だらけです。 水面から水の分子が飛び出していく場合でも水面に飛び込んでいく場合でも空気があるということが何の邪魔にもなっていないのです。空気があってもなくても水蒸気と水の関係だけで蒸発の起こりやすさは決まってしまっているのです。ある程度水蒸気がたまると水面から出て行く水分子の数と水面に飛び込んでいく水分子の数が等しくなって釣り合います。それ以上水蒸気の濃度が高くなることができなくなります。その時の圧力が飽和水蒸気圧です。この圧力が大気圧に無関係なのです。 授業で理想気体を習われたと思います。成り立つ前提がよく似ています。あまり圧力が高くない範囲では（隙間が大きいので）気体分子は他の気体分子が存在していることの影響をほとんど受けることなく運動することができるという説明だったのではないでしょうか。１気圧程度の圧力というのは低圧なんです。５０気圧、１００気圧という圧力であれば話は変わります。 水面に接している気体の圧力がそれくらい高くなれば飽和蒸気圧は変化するかもしれません。
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- c80s3xxx
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沸点のイメージがおかしいのかな． 沸点というのは，通常は液体と平衡にあるその蒸気の分圧が 1 atm になるときの温度，ということ． 沸点より低いというのは，平衡にあるその蒸気の分圧が 1 atm よりは小さいという，ただそれ以上でもそれ以下でもない．
お礼
はい
私は＃２のボルツマン分布を使った説明が好きですね。 化学屋には分かり易い。
お礼
はい
- usokoku
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質量保存の法則(から拡張されたエネルギー保存の法則)より、閉ざされた系の中でのエネルギーは一定です。 物は、より安定な状態へ変化する傾向があります。より乱雑にある方が安定します。 (詳しくは、界面を形成するエネルギー量を計算してください) よって、水と空気がわかれているよりも、混ざっていたほうが安定なので自然に蒸発して混ざります。 大学、化学系専門課程の講義の内容です。ですから、他の表現を否定するものでは有りません。
- Saturn5
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水の分子の運動エネルギーは温度によって決まっています。 しかし、Ｔ〔Ｋ〕のときの運動エネルギーがＥ〔Ｊ〕というように、 一次関数的に決まっている訳ではなく、Ｔ〔Ｋ〕のときに Ｅ〔Ｊ〕を平均値になるような正規分布をします。（ボルツマン分布） たとえば、センター試験などのような大規模で一般的な問題のテストで、 平均点が６０点ならば、６０点の人が一番多いですが、９０点や４５点の人も いるのです。 このとき、ある大学に合格できる点数が８０点（水の表面から分子間力を 振り切って気体になることができるエネルギー）とすると、平均点が６０点では １０％くらいの人が合格できます。これが蒸気圧です。常温でもいくらかの エネルギーの高い分子は気体になることができるのです。 このとき、平均点が７５点になると（水を加熱すると）、８０点以上の人は ４０％くらいになります。よって、蒸気圧が上がるわけです。 逆に、平均点が４０点くらいに（冷却すれば）なれば、８０点を超える人は ２％くらいになり、ほとんど蒸発しなくなるのです。
お礼
回答ありがとうございます。 そのたとえは非常にわかりやすいです。
- yespanyong
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水が蒸発するかどうかは大気圧よりはむしろ大気中の水蒸気圧が関係します。 大気中の水蒸気圧が飽和水蒸気圧に達していなければ蒸発しつづけます。
補足
回答ありがとうございます。 そこのところがいまいちイメージできません。 ということは、例えば、 あまり頑丈でない密閉容器内に空気と様々な液体１０００種類くらいを入れて放置したら、 それぞれの液体が飽和蒸気圧まで達して、容器にかかる圧力がとんでもなく大きくなって、 容器が破損するってことはあるのでしょうか？ そのようなことが起こるなら、納得です。
お礼
回答ありがとうございます。 ようやくすっきりしました。 僕は、１気圧が1.013×10^5Paという数字から 非常に大きな圧力だと勝手に思い込んでました。 確かに、言われてみれば１気圧の空気なんて スッカスカですよね。 サッカーでいえば いくら選手一人ひとりの個人の力の差が歴然だとしても 相手の守備が組織的に機能しておらず、スペースががら空きなら、 タイミングと連携さえうまく合えば、縦パス一本通して ゴール決めることはできますもんね。