【理論化学】飽和蒸気圧の問題の解き方・圧力鍋の仕組み・蒸発と外圧は無関係な話を簡単に解説!高校化学選択をしている受験生や高校生は必見!

理論化学の解説(飽和蒸気圧の問題の解き方・圧力鍋の仕組み・蒸発と外圧は無関係な話とは)

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化学科を卒業して予備校講師(模擬試験作成)をしていた予備校講師の休日です。化学を放置すると忘れていくので、備忘録代わりに受験生にも役立つ高校化学の情報をまとめておこうと思い、この記事を作成しました!できれば、勉強法のTwitter(こっちがメイン)もフォローしてもらえると嬉しい^^勉強関連やTOEIC関連でこうやったら勉強できるなど気づいたことをどんどんツイートしていますので!化学関連の解説記事一覧・目次はコチラから。

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飽和蒸気圧の問題の解き方

Twitterの原文ママ

飽和蒸気圧の問題は至って簡単。❶液体が全部気化したとする❷その時の圧力P1と飽和蒸気圧P2を比較❸P1>P2なら、そんな飽和できるかい!!→液体あり。P1<P2なら、まだまだ気化できる余裕ありまっせ。そういう話。

解説コメント

飽和蒸気圧とはそもそも何かという話からしよう。

そもそも空気中に溶けられる液体の量は決まってる。これは、水に食塩が溶ける量が決まってるのと同じ。

コップの水に食塩1トンとか溶けませんよね笑 溶けずに食塩が固体のままになって残った状態になります。この状態を『飽和』といいます。今日はなぜか丁寧な解説笑

空気中にも溶けることができる水蒸気の量が決まってるわけです。そして、マックスまで、もう溶けきれないよ!というところまで溶けきった状態を『飽和』といいます。この時の水蒸気の水分子が出す圧力が飽和した蒸気(気体)の圧力ということで飽和蒸気圧というわけですね。

飽和蒸気圧の問題は至ってシンプル。

水 x 〔g〕を 1 〔L〕の容器に入れる。これが全て気化するか、もしくは液体として一部は残るのかということを考えるだけです。

方針は、

  1. まず、全部気化したとして、蒸気圧を求める。
  2. 求めた蒸気圧と飽和蒸気圧を比較する。

これだけ。飽和蒸気圧の方が大きいということは、まだまだ溶けることができるという証拠(=全部気化した)

逆に、求めた蒸気圧の方が大きいということは、こんなに気体になることはできないはずということ(=つまり、一部は液体になっている)

こんな感じです。PV=nRTを使って、圧力を求めて飽和蒸気圧と比較するのです。

圧力鍋の中の水の沸点はどんどん高くなるのか

Twitterの原文ママ

圧力鍋は完全密閉容器だから、外圧は空気圧+水蒸気圧になるよね。空気圧+水蒸気圧>水蒸気圧だから沸騰することなく100℃を超えてもどんどん温度が上がる。加熱し過ぎると…理論上は、爆発するか超臨界流体になるね汗v超臨界流体を経た肉じゃがとか引くよね。

解説コメント

料理をしないので、圧力鍋ってあまり使ったことがないんだけど、圧力鍋の仕組みって結構面白いよね。物理とか化学的にいうと、圧力鍋とは、ピストンの付いていない完全密閉容器のこと。だから、外圧は大気圧じゃなくて、鍋の中にある空気の圧力(=大気圧)+水蒸気圧(=鍋の具材から出てきた水蒸気)になる。

大気圧+水蒸気圧>水蒸気圧

というのが常に成立するので、いつまで経っても沸騰しないわけだ。だから、100℃を超えてもどんどん具材を浸した水の温度は上昇する。

もし、そのまま放置していたらどうなるだろうか?

答えは、水が水蒸気になってめちゃくちゃ加熱され、超臨界流体となる。まあ、もしくは、鍋が爆発して死ぬ。

もちろん、実在する圧力鍋は完全密閉容器ではないので大丈夫。理論通りだったら、世の奥様が大変なことになるので。

圧力鍋には栓が付いていて、ある一定の水蒸気圧に達した時に、水蒸気圧を用いてその栓が持ち上がる仕組みになっている。そして、水蒸気が逃げて行き、鍋内の気圧は下がるという仕組み。超臨界流体の肉じゃがとかやばいもんね。引くよね。多分、タンパク質から何から全て分解されて液状化した肉じゃが味のジュースが出来上がります。

蒸発と外圧は無関係である

Twitterの原文ママ

蒸発という現象は外圧と関係するかな?答えはNO。関係しないね。関係するのは沸騰だけ。だって、大気圧中でも水たまりは蒸発してなくなるでしょ?水の飽和蒸気圧は大気圧より低いけど。蒸発と外圧は関係ないよ。

解説コメント

蒸発と外圧って関係あるのかな?一見、関係ありそうだけど、蒸発と外圧って全然関係ないよね。めちゃくちゃ高圧の空気中に水を放り込んでもちゃんとその水は気化する。大事なのは、その水が空気中に飽和しているかどうかだ。つまり、周囲の雰囲気(容器内)が、飽和しているかどうかが大事なのであって、圧力が高いかどうかは関係がない。

常に、飽和蒸気圧以下か以上かだけで語られるというわけだ。

つまり、仮に低圧であってもジメジメしていたら水は気化しないし(=気液平衡なので、厳密には気化はするが液化もする。)、高圧であってもカラッとしていたら水は気化するという話。条件下の温度の飽和蒸気圧にのみ依存って感じ。

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ABOUTこの記事をかいた人

ニシジマ

ゆとり世代ど真ん中に爆誕。円周率は3だと信じて疑わない。大学卒業後,予備校で勤務しており,化学を担当。主な業務は,模擬試験作成と入試解説の執筆。大学時代の専攻は物理化学であるが,難解すぎて意味があまりわからない。