どうして水が蒸発するのか？

質問

水（H2O）は摂氏0度で個体となり、摂氏100度で気体になりますが、20度ほどの室温の中で、たとえばコップの中の水が気化してしまうのはどうしてでしょうか？

回答No.6

htms42

＃４です。

常圧付近での話だと思って臨界温度、臨界圧力に触れるのは省略しました。
２気圧、３気圧、・・・。普通の圧力鍋でも簡単に実現できる条件です。
（特別に圧力鍋を使わなくても「普通のやかんでも沸点は１００℃以上になっているはずだ」という内容です。）

質問者様は１００℃ではじめて気体になると思われての質問です。
沸点が圧力によって変わるということ自体初めて聞く話ではないかなと思ったからです。他の回答者様が「圧力が下がると沸点が下がる」ということを書いておられたので逆に「圧力が上がると沸点が上がる」ということに触れたのです。

２２気圧、６４７Ｋまでの話が必要であるとは思いませんでした。
どんな温度でも「三態」が存在するという誤解を招くといわれればそうかもしれません。
でもどんな高温にしても液体と気体の区別が出来る状態が存在するはずだと考える事の方が不自然だと思うのですが。常温、常圧付近で考えていることがそのまま成り立つとはいえないのではないかとふつうは考えるのではないでしょうか。
問題にするとすれば水の場合、それが比較的低い温度、圧力で起こるということです。

２２気圧は日常生活の中では経験できない圧力です。
でも圧力装置を利用した仕事をしている人にとっては特に高い圧力だとはいえないということになりそうです。

空気の中に水蒸気が溶け込んでいくという考えは授業でも結構生徒から聞くことがあります。
それに伴って空気の圧力が変わると蒸発量が変わるはずだと考えます。でもどちらかというと空気の存在が蒸発の邪魔をしている、その妨害をはねのけて蒸発をしていくためには温度を高くしなければいけないと考えている生徒の方が多いです。沸騰と圧力の関係もそれに結び付けて考えています。沸騰は蒸発の力が空気の押さえつける圧力に勝ったときに起こるというイメージです。１００℃ではじめて気体に成れるというイメージもそこから出てきます。圧力を高くすると沸騰が起こりにくくなるというのもそれで考えています。
そこまで関連付けると普通の温度で蒸発が起こっていることが不思議になるのです。質問に来ます。ｊａｍｄａｄさまの質問と同じです。空気は泡の発生の邪魔をしているだけです。蒸発の邪魔はしていません。この区別が難しいようです。

空気が溶媒の働きをしていると例えることは蒸発を助けているというイメージですから空気を押しのけて蒸発するということとは逆の内容になります。でも空気が蒸発に関与している、蒸発の程度を左右すると考えるということでは共通の意味を持っています。

お礼

非常に詳しい御解説ありがとうございます。もっと勉強してみようという意識がさらに芽生えました。ありがとうございます！

回答No.5

potachie

私が書いた内容で、混乱させていますか？　気体の性質・分圧の知識が、この質問の回答に必須とは思えなかったので、略してみたのですが、蒸気圧については、ご指摘の話の方が「正しい知識」ですね。

さて、もし、厳密な話をするとすると、

>> 外気圧が高くなれば沸騰の起こる温度はどんどん高くなっていきます。

これも誤りですが、気づかれていますか？　水には臨界点が存在します。どの温度帯、圧力帯にも三態があるという誤解を招く可能性がある表現ですね。

お礼

わかりやすく補足していただきありがとうございます。大変ためになります。

回答No.4

htms42

＞Ｎｏ．１様の「空気が水を溶かすから」というご説明は見事ですね。
ちなみに、溶液で飽和濃度があるのと同様、蒸気圧にも飽和蒸気圧というのがあります。

真空中に水は蒸発していきます。空気は水が蒸発することを助けてはいません。空気があってもなくても飽和蒸気圧の値は変わりません。
「空気は水を溶かすから」というのは空気が液体の場合の溶媒と同じような働きをしているという誤解を生み出すものです。

溶液での飽和濃度は溶媒の働きも含まれていますが飽和蒸気圧の大きさには空気は関係がありません。

液体内部から気体が生じる（泡が生じる）というのが沸騰です。
泡の内部の圧力が液面にかかる圧力を超えているはずです。飽和蒸気圧＞外気圧（液面にかかる圧力）　という沸騰の条件はここから出てきます。
外気圧が高くなれば沸騰の起こる温度はどんどん高くなっていきます。
1気圧では１００℃ですが２気圧では１２０℃、３気圧では１３７℃です。やかんでお湯を沸かしている時に蓋があれば圧力は２気圧ぐらいにはなりますから１００℃では沸騰しないということになります。
沸騰が起こらなければ表面からの気化（蒸発）だけになります。

お礼

詳しい御回答、ありがとうございます。すごくおもしろいです。とても参考になりました！

回答No.3

akisangatu

水が液体であることの条件が１気圧で０℃～１００℃ということです。
気化するには熱エネルギーが有れば良いわけで、理論的にはー２７３℃以上であれば（絶対零度より温度が高ければ）蒸発・昇華します。
富士山頂など大気圧が低いと液体を抑える力が弱くなるので沸点も低くなります。

お礼

ありがとうございます。気圧が下がると沸点も下がるというのはわかるのですが、沸点以下でも気化することが理解できないでおりました。

回答No.2

sanori

こんばんは。

20℃でも蒸気圧はゼロではないので、ある程度、水は蒸発はします。
100℃というのは、蒸気圧が大気圧（1013ｈＰａ）に達するポイントであるにすぎません。
こちらの表を参照。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%92%B8%E6%B0%97%E5%9C%A7

Ｎｏ．１様の「空気が水を溶かすから」というご説明は見事ですね。
ちなみに、溶液で飽和濃度があるのと同様、蒸気圧にも飽和蒸気圧というのがあります。

「湿度」というのは、空気中での、
水蒸気量　÷　飽和水蒸気量
です。

以上、ご参考になりましたら幸いです。

お礼

ありがとうございます。蒸気圧に関して調べてみると、少しわかってきました。

回答No.1

potachie

１００度で気体になると考えるのは誤りです。
水は常圧下なら、どの温度でも気体になります。ただ、液体の内部からも気化するのが、もしくは、液体が存在しなくなるのが１００度というだけです。

なぜコップの水が気化するかについては、空気が水を溶かすから、というのが、一番カンタンな説明になるでしょうか。

お礼

ありがとうございます！大変参考になりました。もっと科学の勉強をします。