化学 蒸気圧について

質問

密閉容器内に水が入っているとします。（容器いっぱいではない）
水を入れた瞬間は、水は蒸発していないから、水蒸気の分圧は0ですよね？
これをゆっくり加熱していくと、水蒸気の分圧は、飽和蒸気圧曲線にしたがって上昇していくというのはあっていますか？

また、言葉の定義について
水が蒸発していくと、水蒸気の分圧は大きくなっていきますよね？
つまり、容器内の空間（液体の部分を除く）の全圧が大きくなっていきますよね？
この圧力は、まぎれもなく「蒸気の圧力」によるものだと思いますが
これを「蒸気圧」とは言いませんよね？
あくまでも「空間の気体による圧力」ということですよね？

ここまでで間違っていることがあればご指摘お願いします。

回答No.5

okormazd · ベストアンサー

#3です。

「蒸気圧とは飽和しているときにしか使えないもの」などではありません。
夏は蒸し暑い。気温も高く、湿度も高いからです。湿度80%というのは、空気中の(水)蒸気圧が、その温度(気温=水温、水を密閉した空間に放置しておけば、気温=水温になり、このときに示す蒸気圧が飽和蒸気圧です)における水の飽和蒸気圧の80%を示すときの湿度のことです。蒸気圧=飽和蒸気圧なら湿度は100%です。また、常に蒸気圧=飽和蒸気圧というなら、湿度の計算は意味がないことになる。どんな時も湿度は100%しかないことになってしまうがそれでいいのかね。

水蒸気の示す圧力が(水)蒸気圧です。この蒸気圧は、飽和蒸気圧(水を密閉した空間に放置しておけば、気温=水温になり、このときに示す蒸気圧が飽和蒸気圧です=気液平衡)とは限りません。ふつう、気温より水温が低いでしょう。いつも水が蒸発していて蒸発潜熱を奪っているからで、気液平衡になっていないからです。
質問の「水を入れた瞬間」でも、その前から水は蒸発しているから、蒸気圧はあります。これは、飽和蒸気圧になっていないだけです。
要するに、液体があれば必ずその温度に応じた蒸気圧(飽和蒸気圧)があります。それで蒸発していますが、だからといって、周りの空間の蒸気圧が、飽和蒸気圧になっているとは限りません。
どの教科書かは知らないが、
「飽和蒸気圧とは、飽和状態（気液平衡）で、蒸気が示す圧力。単に蒸気圧ともいう」というのは、紛らわしくない時にそういいますよというだけの話です。湿度の計算のときのようにこれを混同しては、どうにもならなくなる。

(相対)湿度(%)=蒸気圧/飽和蒸気圧×100

お礼

何度も回答ありがとうございました。

回答No.4

kagakusuki

ANo.1です。

>「この圧力」は、「容器内の空間（液体の部分を除く）の全圧」、つまりこの容器内の気体による圧力のことです。

　という事は、

>これを「蒸気圧」とは言いませんよね？
>あくまでも「空間の気体による圧力」ということですよね？

という箇所は正しいです。
　但し、

>この圧力は、まぎれもなく「蒸気の圧力」によるものだと思いますが

という箇所を、

"この圧力の増加は、まぎれもなく「水蒸気の分圧」の増加によるものだと思いますが"

等と書き換えた方が宜しいかと思います。

回答No.3

okormazd

1.
「水は蒸発していないから」
いいえ、液体の水があれば、飽和になっていないとしてとも、必ずその温度に応じた蒸気圧で蒸発しています。これは切り離すことができません。したがって、水を入れた瞬間でも容器内には水蒸気があるので、「水蒸気の分圧は0」ではありません。
始めは0ではありませんが、
「ゆっくり加熱していくと、水蒸気の分圧は、飽和蒸気圧曲線にしたがって上昇していく」としていいでしよう。
2.
飽和蒸気圧になっていなければ、密閉容器内では、「水が蒸発していくと、水蒸気の分圧は大きくなって」飽和蒸気圧に達します。
「容器内の空間（液体の部分を除く）の全圧が大きくなっていきます」が、「この圧力は、まぎれもなく「蒸気の圧力」によるもの」だけではありません。初めにあった気体(空気)の圧力があるので、蒸気圧と空気圧の合計が全圧です。したがって、「これを「蒸気圧」とは言いません」。
3.
容器内の空気を完全に追い出せば、容器内の圧力は蒸気圧ということになります。ボイラ内の圧力はまさに(飽和)蒸気圧です。
空気を追い出す方法は、圧力鍋を使ったことがあればわかるでしょうが、始めは蓋の蒸気穴(アロマピー)は開いており、蒸気が空気を伴って吹き出します。しばらくして、鍋の中の空気が蒸気と置換されて空気がなくなる(100℃で沸騰する)と蒸気穴は閉じます。
この状態で中の圧力は、(飽和)蒸気圧と等しくなります。これを冷やしていけば、内部の圧力は、その温度に応じた蒸気圧を示すでしょう。ただし、鍋全体の温度が均一になるようにとか、細かい条件は考慮していません。

補足

回答ありがとうございます。
「飽和になっていないとしても、必ずその温度に応じた蒸気圧で蒸発しています」
というのがよくわかりません。
高校レベルの化学の気体分野の説明には
「飽和蒸気圧とは、飽和状態（気液平衡）で、蒸気が示す圧力。単に蒸気圧ともいう」
とあります。
つまり、蒸気圧とは飽和蒸気圧のことであると認識しています。

しかし、回答には「飽和になっていないとしても、温度に応じた蒸気圧で蒸発」とあります。
蒸気圧とは飽和しているときにしか使えないものではないのでしょうか？

回答No.2

nitto3

水を入れた瞬間は、水は蒸発していないから、水蒸気の分圧は0ですよね？
瞬間は架空のことですからね、ありえない時間じゃないかな。
密封してる間に飽和蒸気圧に達するでしょう。

回答No.1

kagakusuki

>水を入れた瞬間は、水は蒸発していないから、水蒸気の分圧は0ですよね？

　そうとは限りません。
　御質問文中には条件が明記されてはいないため、はっきりとは判りませんが、おそらく水を入れる前には容器内は空気で満たされている事と思います。
　通常は大気には水蒸気が含まれていますから、何らかの方法で含まれている水蒸気を完全に除去した完全な乾燥気体で容器内を満たしておいたのでもない限りは、容器内の水蒸気分圧は0ではない事が普通です。
　又、見た目では判らなくとも容器にも水分が付着している事がありますから、容器を１００℃を超えて加熱したり、中に乾燥剤を入れてから容器を密閉して暫く放置して置く等の方法で、容器内部を乾燥させておかなければ、容器から放出される水蒸気によって水蒸気分圧は０よりも高くなります。

>これをゆっくり加熱していくと、水蒸気の分圧は、飽和蒸気圧曲線にしたがって上昇していくというのはあっていますか？

　もし、容器内に、水温よりも温度が低い場所が存在しますと、そこで水蒸気が凝縮して液体の水になりますので、水蒸気分圧が飽和水蒸気圧よりも低くなる事があります。
　又、同じ温度における溶液の蒸気圧は純粋な液体の蒸気圧よりも低くなる性質がありますから、容器内に、塩や砂糖の様な水に溶ける物質が付着していた場合、温度が低い場所が存在する場合と同様に、そこで水蒸気が凝縮して液体の水になりますので、水蒸気分圧が飽和水蒸気圧よりも低くなる事があります。
　容器内に水に溶けて不純物となり得る様なものが存在せず、水蒸気に触れる全ての場所が、水温と同じか、あるいはそれ以上の温度となっている場合には、水蒸気の分圧は、飽和蒸気圧とほぼ等しくなるものと思われます。

>つまり、容器内の空間（液体の部分を除く）の全圧が大きくなっていきますよね？
>この圧力は、まぎれもなく「蒸気の圧力」によるものだと思いますが

　質問者様が仰っておられる「この圧力」とは、一体何の圧力の事を指しておられるのかが不明確なため、回答のしようが御座いません。
　「この圧力」の直前の文中で触れられている圧力と言いますと、「容器内の空間（液体の部分を除く）の全圧」しか御座いませんから、御質問文を素直に読み取った限りでは、「この圧力」とは、「容器内の気体の全圧」という事になりますが、

>まぎれもなく「蒸気の圧力」によるものだと思いますが

と仰っておられるという事は、質問者様は「この圧力」の事を、「容器内の気体の全圧」という意味で使われてはおられない様にも思えます。
　ですから、質問者様が仰っておられる「この圧力」とは、一体何の圧力の事を指しておられるのかを明確にして下さるようお願いします。

補足

すみません。
紛らわしい書き方をしてしまったかもしれません。

「この圧力」とは、その直前に書いた「容器内の空間（液体の部分を除く）の全圧」のことです。
蒸気による圧力と書いたのがいけなかったのでしょうか？
蒸気と気体の使い分けが・・・。

「この圧力」は、「容器内の空間（液体の部分を除く）の全圧」、つまり
この容器内の気体による圧力のことです。