相律

質問

こんばんは

０度以下の日向で雪が溶けていないのに時間の経過とともに減っていく理由がわかりません

相律に関係あるらしいのですが・・・

よろしくお願いいたします

回答No.5

Julius · ベストアンサー

例えば氷の蒸気圧の実測値は、-10度ぐらいだと、
3 mmHg(0.004気圧前後)程度です。
-10度ぐらいの1気圧の「閉じた」空間に氷を放り込んだとすると、
氷はほんの少しだけ蒸発して、空間内の水蒸気の分圧が3 mmHgに達した時点で
完全に平衡状態になり、それ以上蒸発しなくなります。

戸外というのは、「無限」に広がった空間なので、晴れていれば
ひたすら飽和蒸気圧に達しようと氷は蒸発し続けて、
最後には無くなります。
飽和蒸気圧に達している状況というのは、
要するに雨や雪が降っていたり霧が発生していたりしている時です。

お礼

回答ありがとうございました
御礼が遅れて大変申し訳ないですm(。_。;))m

ありがとうございました　大変参考になりました＾＾
またお願いいたします

回答No.4

Julius

すみません。
昨日の回答のうち、

「つまりここに0度以下の温度の液体の水があった場合、その水は1気圧のもとでは
たちまち氷になり、更に徐々に水蒸気になります。
この場合は一時的に3相(固・液・気)が混在する状態ができます。」

は、勢いで書いてしまいましたが、相律により三相平衡状態は
三重点以外存在しないので、固・液平衡状態しか理論上存在しないことになります。
具体的には、一気に水が固体になり、最終的に0度1気圧の氷水状態に平衡が落ち着くことになるはずです。

現実には不純物の存在により一成分系は成立しませんし、
また、「過冷却」といった現象も起きたりします。

お礼

何度も回答本当にありがとうございます

おおよそは理解することができました　詳しい回答に
感謝です

最後に１つ疑問が残るのですが
>固体と気体の相転移は1気圧よりもはるかに低い圧力(蒸気圧)でおこる
とありますが今１気圧なのになぜ昇華するのでしょうか・・・相図からは考えられないと思いまして・・・

お忙しいのに何度もすみません　回答が面倒なようでしたら遠慮なく放置してください

回答No.3

Julius

＞どのあたりが解答(理由)になるのでしょうか

「純粋な水の場合、0℃未満で液体の水を作り出すには、
1気圧以上の圧力を掛ける必要があり、固体と気体の平衡のみが
問題になります。」

ここが回答だったのですが...
確かに「相律」を用いて説明せずに、「相平衡」を用いて説明しましたが。

問題の内容は、「何故液体の状態を経ずに、氷は直接昇華により
気化したのか」と言い換えられます。

ここで水の相平衡の図を見ると、0度以下の気温では、
固体と気体の相転移は1気圧よりもはるかに低い圧力(蒸気圧)で、
液体と気体の相転移は1気圧よりも高い圧力で起きています。

つまりここに0度以下の温度の液体の水があった場合、その水は1気圧のもとでは
たちまち氷になり、更に徐々に水蒸気になります。
この場合は一時的に3相(固・液・気)が混在する状態ができます。
しかしいずれ2相(固・気)の平衡状態に落ち着きます。
一方、ここに0度以下の温度の氷があった場合、
高い圧を掛けない限り氷は液体の水に変化しません。
氷は1気圧のもとでは昇華する方向へ平衡が移動し、
結局2相(固・気)混在の状態ができます。

次に相律を考えますと、ここでは水という成分だけを問題にするので、
1成分系です。

系の持つ自由度 = 成分の数 (1) - 相の数 + 2

仮に3相系の平衡が成立していたとすると、系の持つ自由度は0となり、
圧力・温度はある一つの値にしかなりません(すなわち三重点)
だから純粋な水の相平衡状態は、三重点を除けば必ず2相でしか
成立しないということになります。

というわけで「相律」を使って説明するのは非常に周りくどくなりますので、
「相平衡」で説明したのです。

回答No.2

38endoh

きっと，大学生にもなって専門教科をカンニングするな，という意味では？　私も同感です。それはさておき…。

氷点下の雪が気化するのと同様，氷点下で凍っている洗濯物も，そのうち乾くんですよ。当然，室温の洗濯物ならもっと速く乾きますね。水の沸点は１００度ですが，それ以下の温度でも界面では気化が起こるのです。

その界面の現象を説明するのが相律です。詳しくは参考 URL を見てください。熱力学の基礎の基礎ですよ。

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=346035

お礼

回答ありがとうございます

御礼が遅くなり大変申し訳ないです

ええっと・・・カンニング・・・ですか・・・
一応自分で調べてわからなかったのでお尋ねしているんですけど(゜ー゜;A
もちろんレポートとかに使用するわけではないです

ってこれお礼じゃないですねm(。_。;))m

参考URL本当に参考になりました^^　ありがとうございます

またお願いいたします

回答No.1

Julius

水の相平衡を考えればすぐに分かります。
純粋な水の場合、0℃未満で液体の水を作り出すには、
1気圧以上の圧力を掛ける必要があり、固体と気体の平衡のみが
問題になります。不純物を加える(例えば塩)ことにより融点が
降下し、0℃未満常圧でも液体状体の水を共存させることができます。

水の蒸気圧は、約0.01℃(三重点,約5 mmHg)以下では氷との、
それ以上の温度では液体の水との平衡蒸気圧です。
100℃で蒸気圧は1気圧まで上昇します。

補足

回答ありがとうございます

ええっと・・・実に詳しい解説なのですが
どのあたりが解答(理由)になるのでしょうか
それとも後は自分で考えろ　ということでしょうか

すみませんが再度よろしくお願いいたします