飽和蒸気圧曲線について

質問

飽和蒸気圧曲線について質問させてください．
この曲線は，ある物質の飽和蒸気圧を
温度ごとにプロットしたものですよね．
したがって定温密閉下で理想気体を圧縮してゆくと，
初めの内はボイルの法則に従い圧力が増大しますが，
飽和蒸気圧に達したところで液化が始まり，
それ以上圧縮しても液化が進むのみで圧力は変わらない，
と高校で習いました．
ここまでは良いのですが，私が疑問に思うのは，
よく飽和蒸気圧曲線の下方（低圧側）に「気体」，
上方に「液体」と書きこまれていることです．
「気体」エリアの（温度，圧力）は，
「気液平衡下で存在し得る気体の温度・圧力の組合せ」
として理解できるのですが，
「液体」エリアのそれは何を意味するのでしょうか？
化学の先生に聞いてみたところ，

「それは液体の圧力です」
「液体に圧力なんてあるんですか？（どうやって測るんだろう？）」
「たとえば深海ではものすごい水圧がかかっているでしょう」

ということでした．
その時はそれで納得したのですが，
深海の水圧は重力が無ければかからないはずであり，
上の話とは本質的に異なるような気がします．
どなたか教えていただけないでしょうか．

回答No.2

dragon-2 · ベストアンサー

あなたの質問の意図は「液体」＝圧力による体積変化が「無い」のに何故に違う圧力の液体が存在するのかということだと思います。
　http://ccd.kek.jp/~ueji/openhouse96/states/states-jp.html
　http://irws.eng.niigata-u.ac.jp/~chem/itou/bce_bun7.html
の資料による、三重点や臨界点に関することはよくご存じだと思います。
　液体でも固体でもかなり高圧になると体積が減少します。１０気圧～１００気圧程度で次式が成り立つ。（液体）

　Ｖ＝Ｖ0（１＋１／Ｖ0（∂Ｖ／∂Ｔ）Ｐ0（Ｔ－Ｔ0）
　　　－１／Ｖ0（∂Ｖ／∂Ｔ）Ｔ0（Ｐ－Ｐ0））

なんですが、結局、圧力ににより圧縮されて体積が減少するのです。で、これが液体の圧力になります。
　測定にはいろいろな器具があります。（高圧では、固体のひずみを応用したもの、低圧ではガス圧を利用したブルドン管など）潜水艦でも航空機でも外圧の測定は重要ですから。
　後の疑問はその通り。地球の重力によって、地上の圧力は生じています。地上１気圧は上空の空気の重さですから、重力がなければ圧力はない。同様に水圧も生じない。のですが、閉じこめられた空間では、圧力＝分子の運動エネルギーが壁面に与える力積ですから、重力が無くても圧力は存在します。
　かなり、物質の「本質」に関する疑問ですから、もっと先生に質問してみて下さい。

参考URL：

http://ccd.kek.jp/~ueji/openhouse96/states/states-jp.html

お礼

ありがとうございます．まさにそこが疑問でした．というより自分の中でも「何が疑問なのか？」がクリアでなかったのに，それをdragon-2さんは見事に明文化してくださいました．お答えをいただいた後さらに考えたのですが，次のように理解してよろしいでしょうか？すなわち，「気体を圧縮して液化」する操作を（定温を保ちながら）どんどん続けて行けば，気体は飽和蒸気圧のままで，体積が物質量とともに減少し，ついには全てが液化してしまう．そこで気が付けば「液体を飽和蒸気圧で押している」ことになる．「液体エリア」の圧力は，その状態からさらに圧縮したときの圧力である……こういうことでしょうか？

回答No.3

stomachman

補足を拝見しました。お、お。そういうことでしたか。

　水滴の圧力と平衡しているのは空気の圧力。つまり乾燥空気＋飽和水蒸気で出来た気体（=空気）の圧力です。
　飽和水蒸気圧というのは、この空気圧の一部を占める分圧である、水蒸気圧の上限のことです。だから例えば水滴に１気圧掛かっていても、飽和水蒸気圧＜１気圧で矛盾はありません。残りの圧力は窒素・酸素の圧力です。

お礼

本当にいつもお付き合い下さいましてありがとうございます．なるほど，「周りの気体と圧力が一致する」というのは，気液平衡の話ではなくて，広い意味での「作用・反作用の法則」のことだったのですね．密閉容器内に液体だけが存在する状態で圧縮した場合，ピストンに加わった圧力と液体の圧力が一致する，というのと同じことですね．

回答No.1

stomachman

「液体の圧力」でオッケーですよ。気体と圧力が一致してます。
深海の場合はその上にある水と、さらにその上にある大気の圧力が掛かっている。海面の水の圧力は1atm＝空気の圧力と同じで、深さが10m増すごとに約1atmづつ増えます。
でも試験管の中では水自体の重さによる圧力はほとんど無視できますから、周りの気体と圧力が同じとして構いません。

下記URLはご参考になるかどうか分かりませんが...

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=27567

お礼

ありがとうございます．やはり「液体の圧力」で正しいのですね．「周りの気体と圧力が一致している」というのは，飽和状態に関しては分かるのですが，曲線より上にある圧力は「液体では可能だが気体では不可能な圧力」のはずですよね？そう考えるとまた分からなくなってしまいます……（ごめんなさい）．もう少し考えます．