潮解と蒸気圧に関して質問があります。

質問

『空気中に放置された水酸化ナトリウムの結晶の表面は水酸化ナトリウムの飽和水溶液となるが、濃度が非常に大きいため蒸気圧降下が大きく、溶液の蒸気圧は非常に低い。そのため、空気中の水蒸気が凝縮して溶媒量が増加し、さらに水酸化ナトリウムが溶けていく』という潮解の説明に関して

なぜ溶液の蒸気圧が低いと水蒸気が凝縮していくのですか？

これは水酸化ナトリウム水溶液が飽和しているため薄めたいために水蒸気が凝縮しているという感じですよね…

けれどそれと蒸気圧のつながりが理解できていません。おそらく蒸気圧に対する理解が不足しているからなんですが…

蒸気圧はとても苦手にしているので大学入試レベルでわかりやすく説明していただけると幸いです。

回答No.3

kagakusuki · ベストアンサー

単に「溶液の蒸気圧が低い」というだけでは「空気中の水蒸気が凝縮して溶媒量が増加」するとは限りません。もう１つ条件があります。
　それは「溶液の水蒸気圧よりも、空気中の水蒸気分圧の方が高い」という条件です。

　絶対零度でもない限り分子は熱運動を行っています。

【参考URL】
　熱運動　■わかりやすい高校物理の部屋■
　　http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/therm/netu/netuunndou.html

　分子同士の間には分子間力という引き付け合う力が働いており、液体の場合はこの分子間力の方が「分子が熱運動によって飛び散ろうとする力の平均値」よりも強いため、液体は「気体の様に分子が散り散りになる」様な事は無く、高い密度を保っています。

【参考URL】
　私立・国公立大学医学部に入ろう！ドットコム > 私立大学医学部入試対策 >
化学講座 > 第7回：分子性物質
　　http://www.sidaiigakubu.com/examination-measure/chemistry/07/

　ところで、(温度が一定という条件の下の)同じ液体や気体、固体の中に含まれている同じ種類の分子であっても、その運動速度にはばらつきがあり、速度が速い分子もあれば遅い分子もあります。
　中には分子間力を振り切る事が出来る程速く動いている分子も存在しており、その様な分子が液面に存在しているとその分子は液体中から飛び出して気体となります。
　逆に、液体に接している気体の中に液体と同じ種類の物質の蒸気が含まれていた場合、その蒸気の分子が液体の中に飛び込んで液体の一部になる事もあります。
　液体から飛び出す分子の数の方が、液体に飛び込む分子の数よりも多ければ、液体が減少して蒸気が増える事になります。これが蒸発という現象です。
　逆に、液体に飛び込む分子の数の方が、液体から飛び出す分子の数よりも多ければ、液体が増加して蒸気が減少する事になります。これが凝縮という現象です。
　液体が気体に接する面積を等しくした場合、液面に衝突する分子の数は気体の中に含まれている蒸気の分圧に比例しますから、液体に飛び込む分子の数も気体の中に含まれている蒸気の分圧に比例します。
　という事は、蒸気の分圧の値によっては、液体から飛び出す分子の数と液体に飛び込む分子の数が丁度釣り合って等しくなる事があると考える事が出来ます。
　蒸気の分圧と釣り合う事があるという事は、液体の蒸発のしやすさは圧力の一種と見做す事が出来ます。
　この液体から飛び出す分子の数と液体に飛び込む分子の数が丁度等しくなる時の蒸気分圧の値と等しい値を持つ、液体の蒸発のしやすさの事を蒸気圧と呼びます。

【参考URL】
　私立・国公立大学医学部に入ろう！ドットコム > 私立大学医学部入試対策 >
化学講座 > 第38回：飽和蒸気圧　
　　http://www.sidaiigakubu.com/examination-measure/chemistry/38/

　同じ種類の液体であれば蒸気圧は温度によって変わります。
　又、溶液の様に液体に不純物が含まれている場合には、液面に存在している分子の中には溶質の分子も含まれている事になるため、溶液の液面に存在する全ての分子に対する溶媒分子の割合は、純粋な溶媒の液面に存在する全ての分子に対する溶媒分子の割合よりも少なくなりますので、溶液の蒸気圧は同じ温度の純粋な溶媒の蒸気圧よりも低くなります。

【参考URL】
　私立・国公立大学医学部に入ろう！ドットコム > 私立大学医学部入試対策 >
化学講座 > 第47回：蒸気圧降下と沸点上昇
　　http://www.sidaiigakubu.com/examination-measure/chemistry/47/

　蒸気圧が低いという事は、単位面積当たりの液面から飛び出して行く分子の数が少ないという事です。
　もし、液体に接している気体の中に含まれている蒸気の分圧の方が、液体の蒸気圧よりも高ければ、液体に飛び込む分子の数の方が、液体から飛び出す分子の数よりも多くなりますので、蒸気が凝縮して液体になって行く事になります。
　例え最初は液体が存在していない状態であったとしても、結晶を始めとする物体の表面には、気体の分子が衝突した際にその分子の一部が物体の表面にくっついています。
　この表面に分子等がくっつく事を吸着と言い、結晶の表面に吸着されている分子の内、液体の分子と同じ種類の分子が液面と同じ役割をするため、結晶の表面が最初は濡れていなかった場合でも潮解が起きる訳です。

【参考URL】
　吸着 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%90%B8%E7%9D%80

お礼

蒸気圧関連に対する解説ありがとうございます！！
蒸気圧を液体に出入りする分子で考えるとわかりやすいですね、理解できましたm(__)m

回答No.2

jing0708

大学入試レベルかどうかちょっと微妙ですがお答えします

空気中に放置された水酸化ナトリウム結晶の表面は（空気中の水と）NaOHの飽和水溶液となるが、（NaOHの物理学的性質として）蒸気圧降下が大きく（低くなったため）溶液の蒸気圧は低い。そのため空気中の（溶液と比べて水蒸気圧が高い）水蒸気が凝縮（圧が低い方に近づき圧を平均化させようとする）することで溶媒量（空気中の水）が増加し、（飽和ではなくなるため）さらにNaOHが溶けていく。

水とNaOH水溶液を比べたとき、基本的には純物質と混合物では混合物の方が蒸気圧が低くなるので（束一的）、水がどんどんNaOH水溶液に近づくということになります。

というふうに脚注すればよいでしょうか。
要は、結晶表面の液の性質が吸湿性であるため、どんどん水を吸収し、その結果溶媒が多くなるので結晶はどんどん溶けていくということです。

こんな感じで良いですか？

お礼

蒸気圧が平均化する方向に進むのは確かに当たり前ですね、ありがとうございますm(__)m

回答No.1

phosphole

空気中の湿気と、水酸化ナトリウム表面のNaOH溶液（飽和している）との、水の気液平衡を考えて下さい。湿気は自由に出入りしますが、蒸発の方が相対的に起こりにくくなる、ということを説明文は言っています。

これは水酸化ナトリウム水溶液が飽和しているため薄めたいために水蒸気が凝縮しているという感じですよね…
まぁそういうことですね。

お礼

気液平衡で考えると確かにそうですね！ありがとうございます！m(__)m