水が沸騰するとそれ以上温度が上がらないのは何故？

質問

水の蒸気圧が大気圧と同じになるため、加えた熱が水の気化に使われる、との理屈は分ります。しかし、もっと大量の熱を加えたら、気化に使う熱エネルギー以上の熱を加えたら100℃以上に成り得るように思えるのです。実際ならないのは何故ですか？

回答No.7

htms42

＃５

＞水の温度は、下は-273度から上は数万度以上までいけます。

本当ですか。
太陽の表面温度が６０００℃です。
数万℃というのは凄い温度です。
その温度で水の分子が存在しているとは思えません。
３５００℃で分解すると書いてあるサイトを見つけました。
http://comtecquest.com/hint/hint001.html

＞そのときに、固体・液体・気体・超臨界流体（とプラズマ）のどの状態になるかは、温度と圧力で決まります。

超臨界流体というのは臨界温度以上で実現する液体、気体という区別をすることができない状態のことです。
水の臨界温度は６７４Ｋ＝３７４℃です。超高温というほどのものではありません。

プラズマになった水とはどういうものでしょう。
プラズマになる前にＨとＯの結合が切れてしまっているはずです。それは水ではありません。

回答No.6

htms42

＞100℃で気化する理由は100℃で蒸気圧が大気圧に達するから

「気化」は液体から気体への状態変化を表す言葉です。
気化を２つに分けることができます。
「蒸発」：　液体の表面で気化が起こる
「沸騰」：　液体の表面と内部の両方で気化が起こる（内部で気化が起これば泡の発生が見られる）

「蒸発」は液体である全温度範囲（沸点と融点に間の全ての温度）で起こります。
従って１００℃で気化が起こるというう表現は誤りです。

沸騰は液体の内部に泡が存在できる条件が満たされれば実現します。
・泡の内部にはその液体の蒸気が詰まっているはずです。
・その蒸気の圧力はその温度での飽和蒸気圧です。
・泡にかかる外部の圧力は２つの原因の合わさったものです。
　１つはその上にある液体の圧力です。もうひとつは液面にかかる気体の圧力です。

泡の内部の圧力が外部からの圧力を超えるという条件が満たされない限り泡は存在することができません。
外部の圧力が１気圧であれば内部の圧力は１気圧以上です。
飽和蒸気圧が１気圧になる温度が１００℃ですので泡のできる条件は１００℃以上という事になります。
沸騰の起こる条件はもう一つあります。
外部の空間に含まれている水蒸気の圧力が飽和蒸気圧に達していない事です。
水と水蒸気の平衡状態が実現していなければ平衡を実現する方向の変化が起こります。蒸気の量を増やす様な変化です。それが気化です。表面から起こる気化はいつでも可能です。これが蒸発です。内部からの気化がもし起こるような条件が実現されていれば泡が出てきます。これが沸騰です。
気化が起これば気化熱の分だけ液体は熱を失います。熱源がなければ気化によって液体の温度が下がります。
１ｇの水が気体になる時に必要な熱量は５４０ｃａｌですからものすごく大きいのです。１００ｇの水の温度が５．４度も下がってしまう熱量です。加熱を続けていないと沸騰は続きません。加熱を必要としない沸騰は周囲の圧力を下げた時に起こります。そのときの温度で決まる飽和蒸気圧よりも外圧を低くすれば内部からの泡の発生が可能になります。

液体の温度を下げて行くと凝固が起こります。ところが場合によっては凝固点よりの温度が低くなっているのに凝固が起こらないことがあります。過冷却というう現象です。凝固が起こるためにはやはりきっかけが必要なのです。ゆすってやるとかかき混ぜてやるという事をやると全体が一度に凝固してしまうという映像がＴＶでもよく出てきます。沸騰でもこれと同じことが起こります。その時の気圧で決まる沸点よりも温度が高くなっているのに沸騰しないのです。どうしてかなと容器を覗き込んだとたんぼこっと沸騰が起こって中の液体が噴き出してしまうという事故も起こります。突沸と呼ばれることもあります。
融点とか沸点の性質は平衡状態に近い状態を維持しながら温度や圧力を変えていった時のものです。
平衡状態から大きくずれた状態では平衡状態で予想されること以外のことが起こる可能性があります。

＞実際ならないのは何故ですか？

「実際ならない」というのを確かめたわけではないでしょう。

お礼

詳細な回答をありがとうございます。
100℃以上にならないのは、気化に必要な熱量が大きいからのように読み取れましたが、そうですか？
突沸のような特別な場合はともかく、もっと大きな熱を加えても液体が100℃以上にはならないのでしょうか？ほとんどの場合で突沸が起こるのでしょうか？

回答No.5

chiha2525

水の温度は、下は-273度から上は数万度以上までいけます。
そのときに、固体・液体・気体・超臨界流体（とプラズマ）のどの状態になるかは、温度と圧力で決まります。

回答No.4

noname#146719

no.3 修正です。
１００度に＞１００度以上に
です。

回答No.3

noname#146719

水（液体）の温度は１００度になり得ます。
圧力鍋で　実現します。
鍵は熱エネルギーよりも　圧力（気圧）ですよ。
http://ja.wikipedia.org/wiki/圧力鍋
もご覧ください。

回答No.2

noname#195426

液体の水はNo1さんの通りです。１００度を越すと気体の水になります。
気体の水は１００度を越えて存在します。すなわち加熱すれば２００度でも３００度にもなります。

１００度以上の水は気体になって存在する、気体になれば１００度以上になる、そう考えれば簡単かと思います。

ちなみに温度が上がれば体積も増えます。もし、絶対に壊れない容器というものがあり、その容器に水をいれ密閉し加熱すればどんどん温度は上昇します。
が、そのような容器は存在しませんので温度を上げ圧力の限界がくれば水蒸気爆発となります。

お礼

ありがとうございます。
「100℃で気化する理由は100℃で蒸気圧が大気圧に達するから」
この理屈は正しいですか？

回答No.1

RTO

大気圧で気化する限り　100度で気化するので
それ以上の熱を加えた場合は　気化する速度が上がるだけになります。

お礼

ありがとうございます。
「100℃で気化する理由は100℃で蒸気圧が大気圧に達するから」
この理屈は正しいですか？