蒸気圧とは? 低温沸騰・飽和蒸気圧とは?

蒸気圧

液体は、蒸気になると、体積が非常に増えますが、その圧力を蒸気圧と言います。
そして、温度が上がれば、蒸発もさかんになり、蒸気圧は大きくなります。
 
水が100℃で沸騰するのは泡の中にできる水蒸気が一気圧になる温度が、100℃だからです。

それ以下の温度では、泡ができてきても
泡の圧力が一気圧以下なので、大気の圧力に押し潰されてしまいます。

温度が高くなると水から蒸発する蒸気の圧力は大きくなり
200℃では15.3気圧、300℃では85気圧にもなります。

魔法瓶に、湯が少ししか入ってないとき栓を抜こうとすると
硬くなってとりにくいことがあります。
そして、栓を抜くと、ポンと音がします。

これは、温度が下がってくると、水蒸気の圧力が小さくなるからです。




実験

ふたがしっかりできて、空気がもれない容器を用意します。
ふたを外しておいて水を少し入れ、火にかけて充分沸騰させます。

沸騰したら、ふたをしっかりして火からおろし、空気がもれないように
ふたのほうを底にして、ワセリンなどをぬっておきます。

この容器に水をかけて冷やすと、容器は、ぐさっと潰れます。

これは、温度が低くなって、水蒸気の圧力が小さくなったためです。
ブリキ製のゆたんぽも、湯を少し入れておくと、冷えてきたとき潰れることがあります。

低温沸騰

フラスコに半分ぐらい水を入れて、よく沸騰させ、栓をして、逆さまにします。
このフラスコに、上から水をかけて冷やすと、また、さかんに沸騰しはじめます。

これは、蒸気が水で冷やされ、圧力が下がったので
水の中で、それまで押し潰されていた泡がふくらんで浮き上がったのです。

このように、水は100℃より低い温度でも、圧力が低くなると、沸騰します。
これを低温沸騰と言います。

飽和蒸気圧

長さ1メートル、中の直径5ミリぐらいで、いっぽうのはしを閉じてあるガラス管に
水銀をいっぱい入れて、水銀を入れた入れ物に、この管を逆さまに立てます。

すると、ガラス管の中の水銀の表面は、水銀入れの水銀面から
約76センチの高さまで下がり、その上が、真空になります。

この真空を、“トリチェリの真空”と言います。

つぎに、先を少し曲げた、スポイトなどでエーテルを吸い込んで
水銀柱の下からエーテルを、ガラス管の中に少し入れます。

するとエーテルは、水銀柱の中をブクブクとあがっていって
管の上部の真空のところにくると、全部蒸発してしまいます。
そして、水銀は少し下がります。

このようにして、少しずつエーテルを入れていくと
はじめのうちは入れたエーテルは全部蒸発して、水銀柱は少しずつ下がりますが
しまいには、入れただけのエーテルが水銀柱の上にたまり、水銀柱は下がらなくなります。

そこで、真空の部分を手で握ったりしてあたためると
水銀柱の上にたまっていたエーテルは、また、蒸発して、水銀柱は下がります。

反対に、真空の部分を冷やすと
エーテルの蒸気が液体のエーテルにもどり水銀柱は上がってきます。
このように、液体の蒸発は、できた蒸気の圧力がある大きさになるまで続きます。

蒸発できるだけ蒸発してできた蒸気のことを
飽和蒸気と言い、その蒸気の圧力を、飽和蒸気圧と言います。

飽和蒸気圧は、温度が低ければ小さく温度が高ければ大きくなります。
同じ温度でくらべてみると、エーテルの飽和蒸気圧は
水よりずっと大きく、アルコールは、その2つの中間です。







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