蒸発と沸騰

質問

１．蒸発（気化）とはなんですか？蒸発するのに外気圧は関係ないですか？
２．沸騰とは「液体の温度を上昇させていったときに、液体の内部から気化する現象」で、蒸気圧＝外気圧の条件で発生するようですが、納得がいきません。
蒸気圧＞外気圧と思ったのですが、なぜですか？

よろしくお願いします。

回答No.5

htms42

＃４です。
書き忘れていたことがあるのに気が付きました。

＞＞沸騰は「蒸気圧＞外気圧で起こる」と思ったのですが

＞沸点は「蒸気圧＝外気圧」で定義されています。

ここでの「蒸気圧」は「飽和蒸気圧」のことですね。
教科書に載っている「蒸気圧曲線」というのも「飽和蒸気圧曲線」の意味です。
これは液体とその蒸気の間に平衡状態が実現しているとして測定された値です。沸騰させて測っているのではありません。図や表に載っている数値はすべて平衡状態を実現させて測られたものです。平衡状態が実現していれば蒸気圧はいつも飽和蒸気圧です。学会で出しているデータブックの中などでは平衡が前提になっているのは承知のことなので「飽和」という言葉を省いても間違うことはないだろうという言葉の使い方をしています。
蒸発も沸騰も平衡が実現していないからこそ起こる現象です。
液面に接して存在する空間の中に存在する「蒸気の圧力（＝蒸気圧）」がその温度での「飽和蒸気圧」よりも小さいから液体から気体への物質の移動が起こるのです。したがって蒸発や沸騰を考えているときには蒸気圧と飽和蒸気圧は区別して使う必要があります。
高校の化学で「飽和蒸気圧の飽和を略して蒸気圧とだけ書くことは避けるべきことだ」と思います。

お礼

ありがとうございます。

回答No.4

htms42

＞沸騰は「蒸気圧＞外気圧で起こる」と思ったのですが

それでいいです。
沸点はその現象の起る境い目の温度を示しているのです。

沸点は「蒸気圧＝外気圧」で定義されています。
これは平衡状態での値を使って決まる温度です。
それと実際に「沸騰」という現象を実現できる温度とは同じではありません。
（ぼこぼこ泡の出ている状態での温度は測定がむつかしいです。精度のいい測定は無理です。）

実際の沸騰が起こる温度は蒸気圧だけでは決まりません。
沸騰では平衡状態が実現していません。
温度の不均一もあります。圧力の不均一もあります。
何しろぼこぼこと泡が出ている状態なんですから。
内部からの気化が起こるというのは泡が発生するということで確かめることができます。泡はある程度以上の大きさにならないと観察できません。深さもある程度必要です。深さがあれば水圧もかかってきますから泡にかかっている圧力は水圧と外気圧の和になります。蒸気圧がこの圧力以上でなければ押しつぶされてしまいますから泡になるまで成長できないのです。

回答No.3

kagakusuki

蒸発とは液体が気体となる事です。
　液体が蒸発するのは、液体の周囲の空間の蒸気分圧が、その液体の温度における液体の蒸気圧よりも低い場合です。
　分圧とは、複数種類の成分を含んでいる気体などにおいて、その気体の圧力の内、特定の成分が寄与している圧力の事です。
　例えば、乾燥した空気は、酸素が21％含まれていますから、1気圧の乾燥空気の場合、1気圧という圧力の内の21％にあたる0.21気圧は、酸素によって生じている圧力という事になりますから、1気圧の乾燥空気における酸素分圧は0.21気圧という事になります。
　又、成分Aという成分を含んでいる混合気体の場合、成分Aの分圧は、次の様な計算で求める事が出来ます。

成分Aの分圧＝混合気体の圧力×成分Aの濃度

　大気中の水蒸気分圧の場合も同様で、大気の気圧と大気に含まれている水蒸気の濃度を掛け合せた値が、大気中の水蒸気分圧の値となります。
　因みに、気象の分野などで使われている値の１つに湿度というものがありますが、その場合の湿度とは相対湿度の事であり、水蒸気濃度とは別の値の事ですから間違えない様にして下さい。（尚、相対湿度の他に、絶対湿度というものもありますが、絶対湿度の方は水蒸気濃度と同じものです）
　例えば、外気圧が1.000×10^5Paで大気中の水蒸気濃度が2.00％の場合、その大気の水蒸気分圧は

1.000×10^5[Pa]×0.0200＝2.00×10^3[Pa]

になります。
　水蒸気圧が2.00×10^3Paになるのは約17.5℃の場合ですから、その様な状態の大気中に液体の水を曝した場合、水温が17.5℃を上回っていれば水は蒸発しますし、17.5℃を下回っていれば逆に大気中から水分を結露水として吸収する事で液体の水の量が増える事になります。
　液体の周囲に存在する気体中における蒸気分圧は、液体の周囲の気圧と、液体の周囲に存在する気体に含まれている蒸気の濃度の両方によって変わりますので、外気圧が関係してはいるものの、外気圧だけで決まる訳ではありません。
　ですから、

>蒸発するのに外気圧は関係ないですか？

に対する回答は、
「関係はしているものの、外気圧だけで蒸発量や蒸発速度が左右されている訳ではない」
というものになります。

>蒸気圧＞外気圧と思ったのですが、なぜですか？

という書き方では、
「私(←質問者様の事)は何故『蒸気圧＞外気圧』だと思ってしまったのでしょうか？」
という、質問者様以外には知り得ない、質問者様御自身の心の内の事を尋ねている質問になってしまいますので、他人には答えが判る筈もないとしか言いようが無くなってしまいます。
　おそらく質問者様は、

>蒸気圧＞外気圧と思ったのですが、なぜですか？

という事を尋ねたかったのではなく、

「沸騰とは『液体の温度を上昇させていったときに、液体の内部から気化する現象』で、蒸気圧＝外気圧の条件で発生するようですが、何故、蒸気圧＝外気圧であって、蒸気圧＞外気圧とはならないのでしょうか？」

という事を尋ねたかったのではないでしょうか？
　液体を加熱して温度を上げて行く際に、蒸気圧＜外気圧という状態にある間は、液体の表面から蒸発した蒸気によって、液体の表面近くの蒸気濃度が高くなり、蒸気分圧が高くなるため、液体が蒸発する事がある程度抑制されています。
　これに対し、液体の蒸気圧が外気圧と等しくなってしまいますと、周囲の大気中の蒸気濃度がどれ程高くなっても、蒸気分圧が液体の蒸気圧を上回る事はあり得なくなります。
　そのため、液体の温度が、その気圧における沸騰温度（沸点とは限りません）に達して、液体の蒸気圧が外気圧と等しくなった段階で、蒸気濃度の上昇による蒸発を抑制する効果が無くなり、液体は熱を加える端から蒸発する様になります。
　液体が気体に変わる際には蒸発潜熱を吸収しますから、熱を加える端から蒸発するという事は、幾ら液体に熱を加えても、その熱は液体の温度を上昇させる事には使われず、加えた熱は全て液体を気体に変えるために消費されてしまうという事を意味しますので、液体の温度がそれ以上上昇する事はなくなります。
　蒸気圧が高くなるためには液体の温度を高くしなければなりませんから、液体の蒸気圧が外気圧と等しくなった段階で、液体の温度がそれ以上、上昇しなくなるという事は、液体の蒸気圧もまた、それ以上上昇しないという事になりますので、蒸気圧＞外気圧となる事はあり得ず、蒸気圧＝外気圧となる訳です。

回答No.2

ORUKA1951

中学校程度の簡単な説明の範囲内でせつめいすると
物質には、固体・液体・気体の三態があります。
固体：物質を構成粒子が位置や向きを変えずに結合している状態
液体：物質を構成粒子が距離を変えずに結合している状態
気体：物質を構成する粒子が結合せず自由に移動している状態
　これらの間は、自由に遷移できます。
　　　気体
　↑↓　　↑↓　
　固体 ⇔ 液体
※ただし、粒子ひとつひとつが持つ運動エネルギーが異なるため、個体から液体、固体から気体、液体から気体に遷移するときはエネルギーを受け取る必要があり、逆に液体から固体、気体から液体、気体から固体に遷移するときはエネルギーを放出します。

　それぞれの相の境界では、定常状態では、常に相平衡が成り立っています。氷の表面から水分子は気化していますが、気相中の水分子も固相に移動しています。それがつりあっているときの気相中の水の分圧(水蒸気圧)を蒸気圧と言います。
　・　　　・
・↓　・　↑　・
-_-_-_-_-_-_-_　　－５℃だと、 約 4.21 hPa
-_-_-_氷-_-_-_　　　冷凍室の空気中の水蒸気圧が4.2 hPa以下だと氷は痩せていく。

　洗濯物が真冬でも乾くことから、蒸気圧＞外気圧・・って事はありえない事は、身をもって体験しているはずです。(誤った)知識によって実体験に目をつぶったらダメですよ。
　この時期、昼間の気温が10℃でも、水蒸気圧は、12.3 hPa( 0.0094g/L--1Lの空気に9.4mgの水が解けることができる)ありますから、洗濯物は乾く。

　100℃の水蒸気圧は約1020hPaですから、空気がすべて水蒸気で満たされていても気化することが出来ます。これを沸点と言いますが、
　必ずしも　沸騰
＞蒸気圧＝外気圧の条件で発生する
　を始めるとは限りません。なぜなら、たとえ水中に小さな気泡が出来たとしても、その表面の曲率が小さくて、気体になった水分子は液相に引き戻されてしまう。小学校のときビーカーで湯を沸かす時に沸石(沸騰石)を入れると習いましたよね。そうしないと100℃を越えても水温は上がり続け、何かの衝撃で一気に爆発的に沸騰して周囲に熱湯を撒き散らすからです。

　沸騰は液体の内部からも気化が継続的に起こる現象ですが、一般的に沸点よりも高い温度で始まり、わずかに高い温度で継続します。

回答No.1

Equ-Tony3525

蒸発,気化はそのまま液体から期待になることをさすと思います。
ちなみに固体から直接気体になるのは昇華と言うそうです。
2については少し分かりません
すみません。