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[化学] 異種試薬の飽和蒸気圧と分圧の問題
- 異種の試薬をビーカーに入れて放置すると、何気圧になるのか？試薬Aのみ入れた場合、試薬AとBを入れた場合、試薬A,B,Cを入れた場合を実験した。デシケーターに空気が入っている場合にも実験した結果、試薬の飽和蒸気圧や分圧がどのように変化するのか疑問が生じた。
- 試薬Aのみ入れた場合の全圧は1.0atmで、試薬Aの分圧は0.5atm、空気の分圧は0.5atmであった。試薬AとBを入れた場合の全圧は1.0atmで、試薬AとBの分圧はそれぞれ0.5atm、空気の分圧は0atmであった。試薬A,B,Cを入れた場合の全圧は1.0atmで、試薬A,B,Cの分圧はそれぞれ1/3atm、空気の分圧は0atmであった。
- デシケーターに空気が入っている状態で、試薬Aのみを入れた場合の全圧は1.5atmで、試薬Aの分圧は0.5atm、空気の分圧は1.0atmであった。試薬A～Dを入れた場合の全圧は3.0atmで、試薬A,B,C,Dの分圧はそれぞれ0.5atm、空気の分圧は1.0atmであった。試薬の飽和蒸気圧を持つ物を大量に入れると圧力が高まることがあり、この結果に疑問が生じた。液体によっても結果は異なるが、それぞれの液体が反応しない場合はどのような分圧になるのだろうか？
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- phosphole
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確認ですが、最初の条件では、デシケーター内部から外界への試薬の蒸散は無視しうるタイムスケールでの話、ということでしょうか？ といいますのは、机上の話としては良いのですけど、０．５atmも飽和蒸気圧がある物体（室温でガスでないとありえない）だと、速攻で消え去って元通り空気1atmになります。。。 また、後半の設定ですと、気体部分の圧力を状態方程式に従って計算しなおさないとダメです。疑問に感じられているとおり、圧力が上がりすぎてボカーン！となります。。。上述のとおり、ほんとに０．５atomもあるモノを封入したら、そうなってしまうと思いますが(´・ω・｀)
お礼
回答いただきありがとうございます。
- 101325
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液体の混和性で場合分けして、ラウールの法則とヘンリーの法則を考えるといいです。 条件１：デシケーターに開けた穴により、デシケーター内の全圧は1.0atmに保たれ、なおかつデシケーター外からの空気の流入はない。 条件２：ドルトンの分圧の法則が成り立つ。 条件３：試薬への空気の溶け込みは、無視できる。 条件４：試薬A、B、C、Dは相互溶解しない。 条件５：ビーカーからの蒸発速度が、試薬A、B、C、Dで等しい。 ■穴あきで試薬Aのみ入れて放置の場合 条件１～３の下ではそうなります。 ■穴あきで試薬AとBを入れて放置の場合 条件１～４の下ではそうなります。すなわち、試薬AにBの蒸気は溶け込まず試薬BにAの蒸気も溶け込まない、という条件下ではそうなります。 ■穴あきで試薬A,BとCを入れて放置の場合 条件１～５の下ではそうなります。ビーカーからの蒸発速度が違えば、各試薬の分圧も異なります。蒸発速度の高いものほど、分圧が大きくなります。 ■密栓で試薬Aのみ入れて放置の場合 条件２～３の下ではそうなります。 ■密栓で試薬A～Dを入れて放置の場合 条件２～４の下ではそうなります。 > 飽和蒸気圧を持つ物を大量に入れると圧力はいくらでも高めることが出来そう 原理的には、条件２～４の下ではそうなります。じっさいには、相互溶解しない液体を何種類も用意するのが無理なので、条件２が破綻する前に条件４が破綻します。 ★A～Dを一つのビーカーに入れて放置 試薬が完全に溶け合って、かつその混合物が理想溶液となる場合は、ラウールの法則より、全圧は試薬の数によらず 1.0+0.5*1 = 1.5atmになります。 試薬が完全に溶け合って、かつその混合物が理想溶液とはならない場合は、全圧は 1.5atm からずれます。高くなるか低くなるかは、試薬の組み合わせによります。 試薬がまったく溶け合わない場合(条件４の場合)は、比重のもっとも小さな試薬しか気化できませんので、全圧は試薬の数によらず 1.0+0.5*1 = 1.5atmになります。 試薬が適当に溶け合って混合物が２相以上に分離する場合は、さらに場合わけが必要になるので、面倒です。たとえば全ての液相が全ての試薬を含み、かつ全ての液相が理想希薄溶液となる場合は、ラウールの法則より、全圧は試薬の数によらず、気液平衡に達したときにはだいたい 1.0+0.5*(液相の数) になるはずです。ですけど、シャーレのような容器を使って各液相の厚さを十分に薄くしておかない限り、下の液相の試薬が気液界面にたどり着くまでに信じられないくらい時間がかかります。ですので、ビーカーに入れて放置する場合は、気液平衡に達するまでに途方もなく時間がかかるのではないか、事実上到達できないのではないか、と思われます。
お礼
私自身、こんがらがっていた条件を綺麗に整理して教えて下さり、またそれぞれについて時間を割き説明して下さりありがとうございます。とても分かりやすく、大昔に習っていた記憶がよみがえってきました！ 私が疑問に思っていたことが明確になりました！ そこで、二点疑問があります。もしよろしければ教えて下さい。 ＞相互溶解しない液体を何種類も用意するのが無理なので、条件２が破綻する前に条件４が破綻します。 強いて挙げれば、極性、無極性、金属（これは溶ける？）こういった組み合わ程度しか思いつきませんでしたが・・・ 例：水・トルエン・水銀 何種類もと言うのは無理なのでしょうか？ ■密栓で試薬Aのみ入れて放置の場合 について 先ほどは、はじめに入れてある空気の圧力を1.00atmとしましたが、仮にこれが1000.00atmであった場合でも、この中に試薬Aを入れれば1000.50atmと、分圧0.50atmとなるのでしょうか？ 圧力が高い為、蒸発しようとするAを窒素分子が上から押さえつける事で、感覚的には分圧が0.50atmまで蒸発しない気がする為どうも感覚的に理解できません。 1.00atmの場合でも、全圧でみると最終的には1.50atmと開放状態と比べると蒸発に不利な条件（圧力が高い）になっている気がする為、同じ原理で、分圧が0.50atmとはならない気がするのです。 この辺り、どのようにすればより正しく、感覚的には理解できますでしょうか？
お礼
追加の質問にも答えて下さりありがとうございます。 また、化学から離れていても、非常に分かりやすい説明でとても理解しやすかったです。 本当にありがとうございました！