気体の状態方程式

質問

気体の状態方程式は、一般に気体についてのものだと思うのですが、例えば、ピストンなどで水蒸気に圧力をかけていって、気液共存の状態にしたとき、その蒸気について気体の状態方程式を使ってもいいのですか？

回答No.3

htms42

気体の体積が大きくても、小さくても
圧力と温度が決まるのであれば状態が決まります。
それに対して状態方程式があるのです。

回答No.2

htms42

「気体の状態方程式」をどういう意味で使われているのでしょう。
気体の状態を表す４つの量、Ｔ、Ｐ、Ｖ、ｎの間の関係を示す式を「状態方程式」と言います。
物質量と温度を決めて圧力を変えていくと体積が変わります。この体積と圧力の関係をグラフにすると曲線が得られます。等温線といいます。
この等温線にぴったり合う式は存在しません。いろんな近似式が知られています。一番簡単な式はＰＶ＝ｎＲＴというものです。
ｘ１３様の言っておられる「気体の状態方程式」はこの式のことでしょうね。通常の圧力、温度で割合とよく合います。圧力がもっと低くなると合い方がよくなります。
液体と共存していても気体の温度と圧力が通常の値であればいいのです。水の場合、通常の温度では飽和蒸気圧はあまり高くなりません。１００℃以下であれば１気圧以下です。その温度であればいくら圧縮しても圧力は１気圧以下のままです。２５℃であればいくら圧縮しても０．１気圧ぐらいまでしか圧力が高くならないのです。

気液共存の場合に状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴを使うことが出来るかどうかは温度によって変わることになります。温度を高くすれば圧力をもっと高くすることができるようになるからです。

気液共存の状態が存在する最高温度は臨界温度という名前で呼ばれています。水の場合、３７４℃です。この温度の近くまで行くと圧力は２００気圧ぐらいまで上げることが出来るようになります。その場合、体積はＰＶ＝ｎＲＴで考えた体積の１／２ほどになってしまいます。

このような高温、高圧の状態でも「状態方程式」を使ってもいいのかというということです。これはどういうものを知りたいと考えているかによって変わります。「２倍も違った」と考えるのか、「２倍しか違わない」と考えるのかです。

お礼

ありがとうございます。
実際に計算していくとき、気液共存のということは当然液体が存在するわけじゃないですか、そうすると、容器内で気体が動ける範囲はその存在する液体の分減ると思うのですが、その分の減少量は考慮しなくてもいいんですか？

回答No.1

パんだ パンだ（@Josquin）

いいです。
ただし、圧力Pが飽和蒸気圧で一定になるので、体積Vを変化させると物質量nが変化することに注意してください。

お礼

回答ありがとうございます。ただ、それが成り立つ理由を教えていただけるとありがたいのですが・・・　理解力が無くてすみません。