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水の融解圧曲線
pipejobの回答
- pipejob
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氷は水に浮くから」これが簡単な答えです <水の融点は圧力上昇とともに本当に下がるのか?> 水の状態図を参考URLに入れときました。 見ながら進めましょう。 融点は水(solid)と気体(liquid)の間の線で表され融解曲線と呼ばれます。 質問のようにy軸にあたる気圧(pressure)が上がると、融解曲線は右肩下がり(比例定数がマイナス)なのでx軸にあたる温度(temperature)が下がるのが分かります。 この図では22.1MPaと融解曲線との交点を真下に向かって線を引くと、273.16Kほぼ0℃よりも低いですよね。 -30℃くらいでしょうか。 600Paから22.1MPaまで上げると温度が30℃くらい下がりました。 確かなようです (温度のKはケルビンと呼ばれる温度の単位で0℃=273.15K) 反対に融解曲線が右肩上がりなら(Triple pointから状態図の図に向かって線を引いてみてください)圧力上昇で温度も上昇します。 これが水以外の融解曲線です <融解曲線の傾きは何によって決まるのか?> これは先に回答していた人も書いていましたが、 (dP/dT)=ΔS/Δv クラジウス-クラペイロンの式といいます。(この式に回答が隠されています) (dP/dT)は先ほども述べた融解曲線の傾きを意味します。 つまり水は(dP/dT)がマイナスで水以外はプラスになるってことです。 ΔSこれはエントロピーと呼ばれるもので乱雑さを意味します。(無視しちゃいましょ) ΔV体積の変化量です(ΔV=(液体の体積)-(固体の体積)) 氷、浮きますよね? なぜ浮くかこれは水素結合が大きく関わっているといわれます。 コップいっぱいの水を冷やすと氷はコップからはみ出る つまり水から氷になると体積が大きくなる(1.1倍くらいです) ΔV=(水の体積)-(氷の体積)<0 ΔVがマイナスになりました。 先ほどの式を持ってくると (dP/dT)=ΔS/Δv 左辺は融解曲線の傾き。ΔVはマイナスですから(ΔSは正の数です)融解曲線の傾き(dP/dT)もマイナスになり状態図で見たように右肩下がりになります。 ちなみに水以外は液体から固体になると体積が減りますからΔVがプラスで融解曲線は右肩上がり。 圧力が上がると温度が上がるわけです
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