化学

蒸気圧曲線の見方をわかりやすく解説

蒸気圧曲線 見方

今回の記事では蒸気圧曲線の見方についてわかりやすく解説していきます。

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蒸気圧曲線の見方

液体の表面からは沸点の温度になってなくても
ちょっとずつ蒸発していくのですが、
この圧力のことを蒸気圧といいます。

この記事を読んでいるあなたも蒸気という言葉を知っていると思います。
なので、イメージ的には理解しやすいと思います。
とはいっても、100%の理解は難しいと思います。

では蒸気圧曲線のグラフを書いてみますね。

グラフ

横軸は温度、縦軸は圧力(蒸気圧)とします。

蒸気圧曲線

グラフを書いてみますと、右上がりになります。
言われてみると当然ですね。
温度が高くなるとどんどん蒸発していきますからね。

温度の上昇によって急激に上がっていきます。
これが蒸気圧を表した線なので蒸気圧曲線といいます。

水の蒸気圧曲線

たとえば上記グラフを水の蒸気圧曲線としましょう。
すると蒸気圧がちょうど1気圧になり、沸点は100℃です。
大気圧が1気圧で押しています。
水も100℃になると1気圧で蒸発しようとします。

結果、内部から沸騰が起こります。
そんなことから1気圧における水の沸点は100℃だと表現します。

富士山

たとえば富士山などの高山に登ると
大気圧が下がるから沸点も下がります。
大気が押す力が弱くなるので水の方も100℃まで上がらなくても沸騰が起こります。

沸点下がる

なので、高山に行くと沸点が100℃よりも低くなります。

たとえば、70℃だと水の蒸気圧は0.3気圧です。
100℃までいくと1気圧ですが、これは
急激に圧力が上がるからです。

70℃は水蒸気の圧力はまだ0.3気圧と低いです。

100℃では1気圧で70℃では0.3気圧です。

これはどう考えたらよいでしょう?
70℃の場合、0.3気圧まで蒸発してOK!という意味です。

たとえば道路で適用される道路交通法をイメージしてください。

制限速度

上記画像をご覧ください。
40という文字が書いてますね。
「この道の制限速度は40㎞/hですよ」という意味です。
40㎞/hの速度『まで』出してOKという意味です。

どういうことでしょう?
10㎞/hで走ってもOKですし、30km/hで走ってもOKということです。
そんなに遅く走ってたら渋滞になって
周りの迷惑になるかもしれませんが(苦笑)。

速度違反

でも、50km/hで走ったら警察に止められますからダメです。

話を元に戻します。
70℃0.3気圧というのは0.3気圧まで蒸発してもよいということです。
足りないのはOKだけど、0.3気圧をオーバーしたらダメだということです。

ここでは水の分圧について考えてみましょうか。
分圧、全圧の問題を解くのに知っておきたい必須知識とは?

水(水蒸気)の分圧=0.3気圧
水(水蒸気)の分圧<0.3気圧(水蒸気の分圧が0.3気圧未満という意味)
の場合を考えてみましょう。

ここまでの解説が理解できたら水蒸気の分圧が0.3気圧より上、
たとえば0.5気圧の可能性を考えなくてよいことは分かると思います。

さっきの制限速度のケースでいうと0.5気圧は制限速度が30㎞/hの道路で
50㎞/hで走るようなものですからね。
0.3気圧を超えてはいけません。

なので

・水(水蒸気)の分圧=0.3気圧
・水(水蒸気)の分圧<0.3気圧

の2パターンしかありえません。

すると、『水(水蒸気)の分圧=0.3気圧』の場合、
液体が存在しています。

この場合、水がいっぱいあります。
0.3気圧まで蒸発してもいっぱいあるから問題ありません。
もっと水があったらもっと蒸発できます。

水がたくさんあるので0.3気圧までは問題ありません。
でもそれ以上は出せません。
だから液体として存在しています。

スポーツカー

これはスポーツカーと一緒です。
高速道路の制限速度は100㎞/hです。
スポーツカーだったら100km/hを出すのは余裕でしょう。

本当は改造して300km/hまで出るとしてもやってはダメです。
何が言いたいか?というと、余力は残しているってことです。
本当は300km/hまで出せるけど、100km/hで余裕の運転をしているということです。

これと同じ話になります。
つまり、水はたくさんあるから0.3気圧まで余裕です。
本当はもっと蒸発できる力があるけど、残りは液体として
我慢して余力を残しているということです。

それに対して『水(水蒸気)の分圧<0.3気圧』の場合は水がちょっとしかありません。
つまり、全部蒸発しても0.3気圧に達する前に終わってしまいます。
だからすべて気体です。

軽自動車

これは軽自動車(しかもかなり年式の古いタイプ)の具体例が妥当するでしょう。
制限速度が100km/hの高速道路であっても80km/hくらいで
アクセルを踏み込まないと流れに乗れないなんてこともあります。
それくらい余力がありません。
水が少ししか入ってなくて
全部気体になっても0.3気圧に達する前に終わってしまうという状況です。

つまり言い換えると

・水(水蒸気)の分圧=0.3気圧は水がたくさん入っているから液体が存在する
・水(水蒸気)の分圧<0.3気圧は水が少ししかないからすべて気体

という理解でOKです。

このことをしっかり理解しておけば蒸気圧曲線の見方としては
問題ありません。
あとは大学入試で出題された問題を解けば
もっと蒸気圧曲線の見方がわかってくると思います。

以上、参考になっているようでしたらうれしいです。

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