- ベストアンサー
液圧が飽和蒸気圧以下になると沸騰するのはなぜ?
既出でしたらすみません。 キャビテーションの説明であるのですが、液圧が飽和蒸気圧以下になると沸騰するのはなぜでしょうか? 原理的に理解したいのですが、いまいち理解できないのでご協力お願いします。
- shigechi1019
- お礼率63% (7/11)
- 化学
- 回答数5
- ありがとう数2
- みんなの回答 (5)
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
No.2です。 キャビテーションと沸騰の関係。大気圧とかじゃなくて、「界面で何が起きているか」を理解しないとなりません。No.2で申しましたように(浸透圧も沸点上昇も凝固点降下)も同様です。 液体の気化は沸点だけで起きているわけではなく、その界面が存在するところで常に起きています。 気体(気相) これは、濃度の異なる流体の境界、溶質の溶けている(気/液)界面 気化↑↓凝結 (固/液)界面・・・  ̄ ̄液体 ̄ ̄ ̄(液相) 境界に衝突する粒子の数は、濃度が高いほど増えます。気体側から衝突して凝結する数と液相側から気相に飛び出す粒子の数が平衡に達する圧力が蒸気圧です。 No.2で説明しましたが、「沸騰とは蒸気圧が大気圧に打ち勝つ現象ではありません。」「沸騰を始めるときの圧力が飽和蒸気圧」でもありません。それらは沸点を示しているだけです。沸騰とは、液相内部に偶然にできた気相--泡--が成長し続ける状態です。 ここを間違えている人はとても多い。そのためにキャビテーションが理解できない。 水中の気泡 ○ を考えるとお分かりのように界面は大きく丸まっています。沸点はあくまで界面が平面な状態ですが、曲面です。当然、取り囲む数が多い分、液体分子からの引力のほうが多くなりますから、気泡はたとえ沸点を超えていても成長することはできません。 この気泡は沸点に近い温度ではなく、より低い温度でもミクロ的には常に起きているのです。 ここでこの気泡を押しつぶそうとする圧力が減少すると、気相液相間のバランスが崩れて泡が成長します。そして、圧力が元に戻ったら急激に潰れて==気体になった分子が液体に戻る==ために、激しく潰れる。その現象が繰り返されることがキャビテーションです。 沸点上昇:気液界面で界面に衝突する分子の数が減少するため 凝固点降下:固液界面で・・・ 浸透圧:濃度の高いほうが衝突分子が少ない 沸騰:気<液 なのでそれに勝る温度が必要。沸点<沸騰温度 >容器内の圧力を下げる(液圧が下がる)ことは、 >周囲の圧力が下がることと同じと考えればよろしいでしょうか? そうではなくて、発生する気泡内の圧力(パスカルの原理)が、局所的に低下することと、その圧力が逆転することが要因です。その原因は液体の粘性・表面張力による減圧です。
その他の回答 (4)
- hg3
- ベストアンサー率42% (382/896)
>容器内の圧力を下げる(液圧が下がる)ことは、 >周囲の圧力が下がることと同じと考えればよろしいでしょうか? はい、その通りです。
お礼
再びのご回答ありがとうございました。
- NiPdPt
- ベストアンサー率51% (383/745)
沸騰するということは、液体の中で、その液体が気化した「泡」が生じることを意味します。 しかし、液体の内部は、大気圧によって押さえ込まれていますので、内部から泡を発生させようとする力が、その大気圧を押し返さない限り、沸騰は起こりません。逆に言えば、液体の蒸気圧が大気圧を超えれば、大気圧を押し返して泡を発生させることが可能になります。沸点というのは、蒸気圧が大気圧と同じになる温度ですので、その温度を超えれば沸騰が起こることになります。 要するに、液体の蒸気圧が、大気からの圧力を押し返すことが出来るかどうかという話になります。
補足
わかりやすいご回答ありがとうございます。 キャビテーションは配管内で発生するもので、この場合液体は容器の中に入っているようなもので大気圧をどう考えればいいのかわからないのですが、今回のケースは液圧は大気圧と同じと考えればよろしいのでしょうか?
- ORUKA1951
- ベストアンサー率45% (5062/11036)
物質の状態変化を復習しましょう。ここを押さえれば、浸透圧も沸点上昇も凝固点降下も統一して理解できるはずです。 界面で何が起きているかということです。 固体/液体の界面でどんな平衡が成り立っていますか? 融解・凝固・凝固点降下・過冷却 液体/気体の界面でどんな平衡が成り立っていますか? 気化・沸騰・沸点上昇 固体/気体の界面でどんな平衡が成り立っていますか? 昇華 浸透圧 濃度の異なる膜の界面でどんな平衡が成り立っていますか? 浸透圧 沸騰とは、液艇内部に発生した気体の泡が成長し続けることができる状態を言います。沸点と液体/気体界面で何が起きているか??
- hg3
- ベストアンサー率42% (382/896)
難しく考える必要はありません。 容器に液体(例えば水)を入れ、容器内を減圧していくとその液体は沸騰することはご存知ですよね。それと同じ原理です。 その沸騰を始めるときの圧力が飽和蒸気圧ということです。
補足
ご回答ありがとうございます。 おっしゃる通り難しく考えすぎなのかもしれません、、、 下記のサイトを参考に考えると、容器内の圧力を下げる(液圧が下がる)ことは、 周囲の圧力が下がることと同じと考えればよろしいでしょうか? http://www.sit.ac.jp/user/konishi/JPN/L_Support/SupportPDF/Boiling.pdf
関連するQ&A
- 飽和蒸気圧のイメージ
物質が気体の場合は飽和蒸気圧のイメージがつかみやすいのですが、液体が沸騰する場合のイメージがつかめません。気体の場合、その気体の圧力が飽和蒸気圧に達するとそれに耐えれなくなり液体に戻るという圧力の最大値としてイメージがつかめるのですが、沸騰の場合、なぜ飽和蒸気圧が大気圧に達すると沸騰するかのイメージがぜんぜんつかめません。化学を専攻しておられる方々はどのようなイメージでこの現象を捉えていらっしゃるのでしょうか。どうかよろしくお願いします
- ベストアンサー
- 化学
- 蒸気圧とは何でしょうか?
化学II勉強始めて、蒸気圧が出てきたのですが、 液体の蒸気圧=液体の存在する空間の圧力 のときに沸騰するのは理解できました。 あと、蒸気圧の関係した問題で空間の圧力より飽和蒸気圧が大きいとき 蒸気は未飽和で、気体で存在し、 空間の圧力より蒸気圧が小さい時は液体が存在して気液平行になるのまで 問題を解くために暗記しましたが、 蒸気圧自体がいまいち理解できません。 蒸気圧とは気体が液体と共存する状態になる時の圧力なのでしょうか? 長ったらしくてすいませんがお願いします。
- ベストアンサー
- 化学
- 飽和蒸気圧の式について
飽和水蒸気圧を求める式には多数ありますが、以下の公式について 「t℃における飽和水蒸気圧(vs.水):E = 6.11 * 10(7.5 * t / (237.3 + t))」なぜこのような公式が導きだされたかがわかれば、詳しくやさしくお教え願えないでしょうか? どうしてこのような数値になっているか等よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 化学
- 水蒸気の過飽和って現象が定義に反するように見える
気象学の勉強をしています。1μm以下の雲粒は水蒸気が過飽和でないと存在を維持できないというのですが、ここでいう過飽和とはどういうことですか? そもそも飽和水蒸気圧とはある気温において単位体積の空気がどれだけの水蒸気を含むことができるのか、そのときの気圧というような定義でしたよね?過飽和と言いますけどその時点で空気にそれだけの水蒸気を含められているってことじゃないですか。ならまだ飽和水蒸気圧に達していない(あるいは一致している)ということになりませんか?こういうときおいて過飽和というときの基準となる飽和水蒸気圧は一体どうやって計算してるんですか?(最後の質問にも関わってきます) また同じような文脈で水面に対して水滴の方が飽和水蒸気圧の方が高いというのも理解できません。同じ空気(空間)に対して水面と水滴があれば、その空気には二つの飽和水蒸気圧があるということになるじゃないですか?「どれだけの水蒸気を含むことが出来るのか」という定義から考えて、同じ空気に飽和水蒸気圧水蒸気圧が二つあるってもうどういうことなのかさっぱりという感じです。解説していただけるとありがたいです。 飽和水蒸気圧が二つあるという説明さえ理解できれば、たとえば0.01μmの雲粒が平衡状態であるときの相対湿度が112%というのが、そのときの気温の水面に対する飽和水蒸気圧分のそのときの水滴の飽和水蒸気圧という意味のことではないかと前もって考えていながら気持ち悪く思っていたので、もしそれさえ理解できればこの説通りだとしても納得いくのですがそのあたりはどうなのでしょうか?
- ベストアンサー
- 科学
- 蒸気圧について
蒸気圧について色々と疑問があります。 例えば水溜りの水の飽和蒸気圧はこの水の温度により一定ですよね。そして飽和状態になるまで水は蒸発し続けるから、結局全部蒸発すると思います。しかし、化学辞典によると「外圧を飽和蒸気圧以上に増すと、蒸気は凝縮して液体または固体のみとなり、逆に外圧を飽和蒸気圧以下にすると蒸気のみとなる」と書いてあったのですが、この前半部分の「外圧を飽和蒸気圧以上に増すと、蒸気は凝縮して液体または固体のみとなり」という部分がよく理解できないのです。 この水溜りの例では、外圧は大気圧のことで、少なくとも、この水溜りの飽和蒸気圧以上ですよね。しかし、水がすべて残ることはないと思うのですが・・・。 色々勘違い等あると思いますが、どなたか丁寧に教えてください。
- ベストアンサー
- 化学
- 沸騰と蒸気圧
液体を加熱して温度を高くすると蒸気圧は大きくなるが、液体の蒸気圧が外圧(空気中では大気圧)に等しくなると、液体の内部からも蒸気(気泡)が発生し、液体は激しく蒸発しはじめる(沸騰)。 ここで、内部からも蒸気が発生することについてなんですが、大気と接してもいない液体内部がどうして蒸発を始めるのでしょうか?ちょっと変な言い方かもしれませんが、大気に接していない液体の内部は、大気圧が液体の蒸気圧と比べてどのくらいの大きさかを知ることはできないはずです。 にもかかわらず、蒸気圧と大気圧が等しくなったことをあたかも知っているかのように、液体の内部が蒸発を始めるのはなぜなんでしょうか?
- ベストアンサー
- 化学
お礼
なるほど、勉強になりました。 界面での分子の挙動をミクロ的に考えればいいわけですね。