圧力

質問

３リットルの容器があり、水が２リットル入っている。このとき酸素を０．５mol入れる。この時の圧力を求めよという問題があります。
この時なぜ「気相の部分の圧力＋液相の部分の圧力＝全体の圧力」とならずに、「気相の圧力＝液相の圧力＝全体の圧力」となるのですか？
高２でもわかるように教えてください。よろしくおねがいします。

回答No.2

htms42

＞この時の圧力を求めよという問題があります。

「この時の圧力」というのがどういう意味かです。
容器内には気体と液体が入っています。容器の壁にかかる圧力は場所によって変化します。
（Ａ）容器の上部（気相部分）にピストンが付いていて圧力を測っているという場合であれば気相部分の圧力しかかかってきません。普通はこの場合です。
（Ｂ）容器の底面にかかる圧力という場合であれば水圧もかかってきます。

（Ａ）の場合であれば「全圧」というのは酸素の圧力と水蒸気の圧力を合わせたものという意味です。
（Ｂ）の場合であれば水圧＋気相の圧力です。

「３Ｌの容器に水が２Ｌ入っている。」
隙間は１Ｌです。そこに酸素を０．５ｍｏｌ入れます。
圧力は１０気圧を超えます。
水の深さは１０ｃｍだとします。
底面にかかる水圧は０．０１気圧です。
１０００倍程度の違いがあります。普通は無視することができます。

＞、「気相の圧力＝液相の圧力＝全体の圧力」となるのですか？
「液相の圧力」についている等号の意味が分かりません。

回答No.1

gohtraw

いくつかの前提が必要ですね。つまり、
（１）酸素の水への溶解度は無視するのか？
（２）水の蒸気圧は無視するのか
（３）容器の中のどの地点の圧力を求めるのか？
（４）温度はどう考えるのか？
が条件として与えられないと答えは出せません。例えば（１）と（２）は無視でき、０℃で考えるとした場合、１Ｌの空間に０．５モルの酸素が存在するので気体の状態方程式より
Ｐ＝ｎＲＴ／Ｖ
で気相部の圧力を求めることができます。もし容器内の水中のある地点の圧力を知りたいのであれば、気相の圧力＋水深に応じた圧力が求める圧力になります。

非常に厳密にいえば、気相部の中でも位置によって圧力は違うはずなのですが、さすがにそこまでは考えなくてもいいでしょう。