【理論化学】蒸気圧降下・沸点上昇・凝固点降下を簡単に解説!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(蒸気圧降下・沸点上昇・凝固点降下とは)

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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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蒸気圧降下

Twitterの原文ママ

海水で濡れた海パンが乾きにくい理由は蒸気圧降下。蒸発って液面の表面から起こるんだわな。液面の表面に塩が付いてると塩が表面をふたしてしまってる状態になる。すると蒸発しにくくなる。これが蒸気圧降下。

解説コメント

水で洗ったパンツはすぐ乾くのに、海水で濡れた海パンは乾きが遅い。そんな経験ありませんか?

海水は乾きにくいんですね。これを化学では、『蒸気圧降下』と呼びます。

ここで言う蒸気圧とは飽和蒸気圧のことを指します。つまり、飽和蒸気圧が降下するため、海水の水は乾きにくいということになります。

では、その蒸気圧降下とはそういったものなのかを見ていこう。

そもそも蒸発ってどういう現象だったかというと、表面から溶媒(水)が液体から気体となって外に出ていく現象のこと。

ここでのポイントは『表面から』というところがポイント。不揮発性溶媒(例えばNaClなど)を溶かすと、表面(液面)にNa+やCl-が一定数存在することになる。つまり、水が蒸発できる表面積が減るということになる。

蒸発しにくい状態となるので、平衡状態において水蒸気が水に戻る速度と水が水蒸気になる速度は遅くなる。つまり、平衡状態において空間中に存在する水蒸気の量は減ってしまうわけだ。(=飽和蒸気圧の低下)

したがって結果的に気化しにくくなり、乾きにくいということになるわけ。

蒸気圧降下とは、不揮発性溶媒を溶かすと、溶液の蒸気圧が低下する現象のこと。蒸発速度が遅くなるということは気相中の粒子の数が減るということだからね。

沸点上昇

Twitterの原文ママ

沸点上昇は蒸気圧降下が原因。沸騰ってどういう現象か覚えてる?飽和蒸気圧が大気圧(外圧)と等しくなった状態を沸騰っていうんだっけ?そうだよ。そうそう。あ、文字数余計に使っちゃった。まっあとはわかるよね。

解説コメント

蒸気圧降下が起きるので沸点上昇という現象が見られる。

以上。

って感じです。本当に、当たり前の話しかしていないので!!!そもそも、沸騰ってどういう現象でしたっけ?沸点ってどういう温度?

沸点って、飽和蒸気圧が外圧と等しくなったときの温度のことじゃない?

ということは、不揮発性物質(例えばNaCl)を入れたNaCl溶液の蒸気圧って純水の蒸気圧に比べると低くなりますよね?

つまり、20℃の純水の飽和蒸気圧>20℃のNaCl溶液の飽和蒸気圧

になりますよね。ということは!!!

飽和蒸気圧が下がってしまうということは、

100℃の純水の飽和蒸気圧(つまり、大気圧)>100℃のNaCl溶液の飽和蒸気圧

となる。

NaCl溶液の飽和蒸気圧は100℃では大気圧と等しくならない!!!

もっと温度を上げないと大気圧と等しい飽和蒸気圧にはなりませんよって話だ。

だからNaCl溶液は101℃とか102℃になって初めて沸騰する。

味噌汁の沸点は101℃とか102℃とかくらいだよ。具沢山でドロっとしてたらもっと高いかもね。

沸点上昇の公式 Δt = k×m (Δtは沸点上昇度、kはモル沸点上昇、mは質量モル濃度)

沸点上昇度っていうのは、本来100℃で沸騰する液体がNaClを入れることで102℃で沸騰したとすると、Δt = 2となるっていうことね。

モル沸点上昇はただの係数なので問題文で与えられる。(もしくは逆算で求めさせるパターンもあり。いずれにせよ覚える値じゃない。)

凝固点降下

Twitterの原文ママ

アクエリアスを0℃にすると、凍り始めるだろうか?ノンノン。凍らない。これが凝固点降下。凍るのは水だけなんだよ。溶質は凍らないとすると、凍るのを阻害する物質と考えられるね。−5℃とかで凍り始める。

解説コメント

夏に凍らせたアクエリアスを飲むのっていいよね。いいよ。絶対にいい。

そして、なかなか溶けない一口目。じっくり溶かして1適舐めてみると、めちゃくちゃ甘い。普通のアクエリアスの何倍も濃い味がする。

それは当たり前であれはアクエリアスをめちゃくちゃ濃くした液体、アクエリの素みたいなのが出てきてるからね。

で、最後の方は、シャッバシャバでほとんど真水みたいな味。味がしない。せつない。

どうしてこういうことが起こるかというと、溶質は基本的に凍らないんだよ。溶媒である水は凍るけど、溶質であるアクエリアス成分は凍らないという話なんだな。例えば、0℃条件下で氷水を置いておくと、氷が水になる速度と水が氷になる速度は等しいので見かけ上氷の大きさは変わらず平衡状態をとる。

ここに不揮発性溶媒を加える。すると、氷水から氷+食塩水の状態になるわけだ。

先ほどからも言っている通り、凍るのは溶媒(水)なんだよね。凍る溶媒の割合が減ったということは凍る溶媒(水)が氷になる速度が落ちることを意味する。

でも氷が水になっていく速度は今まで通り。つまり、どんどん溶けていってしまうんだな。

まとめると、不揮発性溶媒を加えると凝固点が下がるということ。これを凝固点降下という。

ちなみにこの凝固点降下の公式もΔt = k × mです。 kはモル凝固点降下ね。

寒剤を使ってアイスを作る話とか知らない?

えーーーーーしらんの!!?

寒剤ってのは、氷に食塩をまぶすんだよ。そうすると、氷表面が濃い食塩水になるので、凝固点降下が起きる。氷表面の凝固点降下が起きると、氷は水になろうとする。

H2O(固) = H2O(液) − Q kJ (ヒント潜熱。融解熱は−なんだな。)

なので、吸熱反応が起きる。

NaClが水に溶ける溶解熱も実は吸熱反応なんだわ。

NaCl + aq = Na+ + Cl- − Q2 kJ (溶解熱も−なんだな。)

ということで氷に食塩をまぶすとどんどん吸熱反応が起きて0℃から-20℃近くまで温度が下がる。これを利用してアイスクリームを作ったりすることがある。

まっそんなかんじだわ。

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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。